Brevet FR2772473A1 — publié le 19990618

La présente invention concerne les procédés pour réaliser les jauges de contrainte, ainsi que les jauges de contrainte obtenues par la mise en oeuvre de ces procédés. On connait déjà des jauges de contrainte qui sont essentiellement constituées d'un substrat sur lequel est déposée une couche d'un matériau dont la valeur de la résistance électrique est une fonction de la déformation à laquelle elle est soumise. L'étude de la variation de la résistance électrique de cette couche permet ainsi de déterminer les valeurs des forces de contrainte qui sont appliquées sur le substrat. Un exemple de procédé permettant de réaliser une telle jauge de contrainte est donné dans le US-A-4 657 775. Ce procédé consiste essentiellement à réaliser, sur un substrat électriquement isolé, une couche électriquement résistante au moyen d'une atmosphère de plasma d'un mélange d'hydrure de silicium et d'hydrure de bore ou analogue. Cependant, comme précisé dans ce document, le dépôt de cette couche ne peut être obtenu que sous une température d'au moins 500"C, de préférence entre 500"C et 600"C. Le substrat est donc soumis, lui aussi, à ces conditions de température que, seuls, quelques matériaux particuliers peuvent supporter. I1 en résulte un inconvénient majeur qui est le coût de revient important des jauges de contrainte réalisées par la mise en oeuvre des procédés connus jusqu'à ce jour. Un tel coût de revient est manifestement un frein au développement et à l'utilisation de ces jauges de contrainte. Aussi la présente invention a-t-elle pour but de mettre en oeuvre un procédé pour réaliser des jauges de contrainte qui pallie l'inconvénient mentionné ci-dessus, notamment en permettant d'utiliser des substrats constitués de matériaux courants comme de l'acier inoxydable ou analogue. La présente invention a aussi pour but de réaliser une jauge de contrainte par le procédé selon l'invention. Plus précisément, la présente invention a pour objet un procédé pour réaliser une jauge de contrainte, caractérisé par le fait qu'il consiste à déposer une couche électriquement résistante sur un substrat électriquement isolé, ladite couche électriquement résistante étant déposée à partir d'une atmosphère de plasma produite sur un mélange gazeux d'un premier gaz à base de silicium, d'un deuxième gaz dopant et d'un troisième gaz graveur. La présente invention a également pour objet une jauge de contrainte réalisée par le procédé selon l'invention, caractérisée par le fait qu'elle comporte: une embase, une première couche d'un matériau électriquement isolant déposée sur ladite embase, une deuxième couche électriquement résistante de silicium microcristallin dopé P déposée sur ladite première couche, et des moyens de connexion électrique sur ladite deuxième couche électriquement résistante. D'vautrés caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description suivante donnée en regard des dessins annexés à titre illustratif, mais nullement limitatif, dans lesquels: La figure 1 représente un schéma de principe d'un dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention pour réaliser une jauge de contrainte, et Les figures 2A à 2E représentent les différentes étapes lors de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Sur les figures 1 et 2, les mêmes références désignent les mêmes éléments quelle que soit la figure sur laquelle elles apparaissent. 1l va être décrit ci-après en regard des figures 1 et 2 une mise en oeuvre préférentielle du procédé selon l'invention pour réaliser une jauge de contrainte. Le Demandeur précise cependant que son invention ne doit pas être limitée à cette mise en oeuvre préférentielle, et que tout procédé mis en oeuvre selon les caractéristiques définies dans au moins l'une des revendications annexées à la présente description fait partie de son invention. Pour réaliser une jauge de contrainte selon la présente invention, il est tout d'abord réalisé un substrat 1 (fig. 2B) qui peut être en tout matériau, à la condition qu'il soit électriquement isolé. Le substrat 1 peut ainsi être réalisé dans un matériau électriquement isolant tel que de la céramique, du verre, etc. Avantageusement, pour éviter un coût de revient important tout en conférant à la jauge de contrainte une certaine solidité et donc une certaine fiabilité, le substrat 1 comporte une embase 2, par exemple réalisée en acier inoxydable (fig. 2A), sur laquelle est déposée une couche 3 d'un matériau électriquement isolant (fig. 2B). Dans l'exemple illustré, cette embase est représentée sous une forme simplifiée mais il est bien évident qu'elle aura une configuration adaptée aux éléments auxquels elle sera associée pour permettre à la jauge de mesurer les contraintes auxquelles ces éléments seraient soumis. La couche électriquement isolante 3 est obtenue au moyen par exemple du procédé connu par les techniciens sous la terminologie PVD (Dépôt Physique en phase Vapeur). Cette couche 3 peut être en un matériau comme de l'oxyde de silicium (SiO2), d'une épaisseur par exemple de trois microns. On procède ensuite au dépôt, sur cette couche d'isolant électrique 3, d'une couche électriquement résistante 4 dont la résistance varie en fonction des déformations auxquelles elle est soumise. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, cette couche 4 est obtenue à partir d'une atmosphère de plasma produite sur un mélange gazeux comprenant un premier gaz à base de silicium, un deuxième gaz dopant et un troisième gaz dit "graveur" selon la terminologie des techniciens, qui a la particularité de provoquer une cristallisation orientée d'un matériau tel que le silicium. A titre d'exemple de mise en oeuvre, le premier gaz à base de silicium peut être un silane (SiH4) ou analogue. Le deuxième gaz dopant peut être du triméthyl bore ou du diborane ou du phosphore, ou analogue. quant au gaz graveur, il peut être constitué par de l'hydrogène (H2) ou du tétralluorure de silicium (SiF4), ou analogue. Ce mélange gazeux est excité par tout moyen pour créer un plasma excité, c'est-à-dire pour être décomposé en ions et radicaux réactifs qui permettent d'obtenir, par la technique connue sous la terminologie PECVD (dépôt chimique assisté par plasma), le dépôt de la couche électriquement résistante 4 sur la première couche isolante 3 (fig. 2C). Les moyens qui permettent de créer un plasma excité peuvent être, par exemple, constitués par des signaux radiofréquence, des micro-ondes, ou même un plasma auxiliaire. Cette technique est très avantageuse par rapport aux techniques de l'art antérieur car la présence du gaz graveur permet d'obtenir le dépôt d'une couche 4 de silicium microcristallin dopé P sous une température relativement basse, par exemple 200"C. L'embase 2 peut donc être réalisée en acier inoxydable car, à cette température de 200"C, l'acier inoxydable garde toutes ses qualités et propriétés, ce qui n'était pas le cas lors de la mise en oeuvre des techniques qui nécessitaient une température d'au moins 500"C et donc, pour la réalisation des substrats, l'utilisation de matériaux beaucoup plus nobles et plus onéreux. Le procédé consiste à réaliser ensuite des moyens de connexion électrique 5 sur la couche 4 pour pouvoir introduire électriquement la jauge de contrainte dans un circuit comme un pont de mesures apte à délivrer, à sa sortie, un signal représentatif des variations de résistance de la couche 4 en fonction des déformations auxquelles elle est soumise quand la jauge reçoit des contraintes. Un mode de réalisation des moyens de connexion électrique 5 est par exemple illustré sur les figures 2D et 2E. On commence par réaliser, sur la couche 4, une troisième couche 6 électriquement conductrice, par exemple en nickel, or, platine, etc. Ce dépôt est effectué par tout moyen, par exemple par la technique dite PVD ou par pulvérisation cathodique. Quand cette troisième couche conductrice 6 est obtenue (fig. 2D), on la découpe par tout moyen pour obtenir uniquement deux électrodes 7 et 8 sur lesquelles peuvent être soudés des conducteurs électriques 9. Cette technique est par exemple la technique connue en elle-même sous la terminologie de photogravure. Ces deux électrodes 7, 8 peuvent aussi être obtenues par la technique dite "par masque", bien connue aussi en elle-même. Lorsque la jauge de contrainte a une structure comme celle illustrée sur la figure 2E, sa réalisation est terminée et elle peut être associée à des éléments soumis à des contraintes dont elle permettra de mesurer les valeurs. Son fonctionnement et son utilisation sont largement connus et ne seront donc pas décrits ici. A titre illustratif, le dépôt de la couche 4 sur le substrat électriquement isolé 1 peut être obtenu de la façon suivante décrite en regard de la figure 1. I1 est prévu une enceinte 10, cette enceinte comportant une entrée 11 de mélange de gaz et une sortie d'aspiration 12, par exemple par pompage. A l'intérieur de l'enceinte 10 est prévu un support 13 sur lequel est positionné le substrat 1 réalisé comme décrit ci-avant. Dans l'enceinte est aussi positionnée, en regard du support 13, une contre-électrode 14, par exemple en acier inoxydable. Le support de substrat et la contre-électrode sont connectés électriquement entre les bornes 15 et 16, par exemple à une source de signaux radiofréquence ; par exemple 13,56 MHz. Cette source de signaux radiofréquence n'a pas été représentée dans l'unique souci de simplifier le dessin. Dans le cas d'une source micro-ondes, les signaux émis ont une fréquence, par exemple de 2,45 GHz. Pour déposer la couche 4 décrite ci-avant, on introduit le mélange gazeux défini ci-avant par l'entrée 1 1 sous un débit d'environ 20 cm3/mn et une pression sensiblement comprise entre 2.10-2 et 1 millibar. La sortie d'aspiration 12 est reliée à une station de pompage afin d'obtenir, dans l'enceinte, une pression gazeuse déterminée et une qualité du mélange gazeux suffisamment constante pour obtenir le dépôt de la couche de silicium microcristallin dopé P défini ci-avant. Pour obtenir ce dépôt PECVD, il est suffisant de chauffer le substrat à environ 200"C, par exemple à l'aide d'une résistance ou analogue schématiquement représentée en 17. En mettant en oeuvre comme décrit ci-dessus le procédé selon l'invention pendant environ trente minutes, on obtient le dépôt d'une couche électriquement résistante 4 d'une épaisseur d'environ vingt microns. REVENDICATIONS 1- Procédé pour réaliser une jauge de contrainte, caractérisé par le fait qu'il consiste à déposer, sur un substrat électriquement isolé (1), une couche électriquement résistante (4), ladite couche électriquement résistante étant déposée à partir d'une atmosphère de plasma produite sur un mélange gazeux d'un premier gaz à base de silicium, d'un deuxième gaz dopant et d'un troisième gaz graveur. 2- Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le premier gaz à base de silicium est un silane (SiH4). 3- Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le deuxième gaz dopant est l'un des produits suivants: triméthyl bore, diborane, phosphore. 4- Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le troisième gaz graveur est constitué par l'un des produits suivants: hydrogène (H2), tétrafluorure de silicium (SiF4). 5- Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que ladite atmosphère de plasma est obtenue par une excitation dudit mélange gazeux à l'aide de l'un des moyens suivants: signaux radiofréquence, micro-ondes, plasma auxiliaire. 6- Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le dépôt de ladite couche électriquement résistante est effectué à une température de l'ordre de 200"C. 7- Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que ledit substrat électriquement isolé est constitué par une embase (2) en un matériau électriquement conducteur et une couche (3) d'un matériau électriquement isolant déposée sur ladite embase. 8- Jauge de contrainte réalisée par la mise en oeuvre du procédé selon au moins l'une des revendications 1 à 7, caractérisée par le fait qu'elle comporte: une embase (2), une première couche (3) d'un matériau électriquement isolant déposée sur ladite embase (2), une deuxième couche électriquement résistante (4) de silicium microcristallin dopé P déposée sur ladite première couche (3), et des moyens de connexion électrique (5) sur ladite deuxième couche électriquement résistante. 9- Jauge de contrainte selon la revendication 8, caractérisée par le fait que ladite embase (2) est réalisée dans un matériau métallique. 10- Jauge de contrainte selon la revendication 9, caractérisée par le fait que le matériau métallique est de l'acier inoxydable.