Brevet FR2835516A1 — publié le 20030808

Structure intégrée à partie mobile, en particulier structure optique intégrée La présente invention concerne le domaine des structures intégrées et plus particulièrement des structures optiques intégrées, à partie mobile. On connaît déjà des structures optiques intégrées qui comprennent des poutres ou des plates-formes, munies d'électrodes situées à distance d'électrodes fixes, de telle sorte que lorsque ces électrodes sont soumises à une source d'énergie électrique, les poutres se déforment ou les plates-formes se déplacent parallèlement au plan des couches des structures, les déplacements des poutres ou des plates-formes permettant de réaliser en particulier des commutations optiques. De telles dispositions sont en particulier décrites dans les brevets FR-A-90 03 902 et FR-A-95 00 201. La présente invention a pour but de proposer une structure intégrée, susceptible d'être avantageusement appliquée dans le domaine de la transmission d'ondes optiques, de construction et de fonctionnement très différents de ceux actuellement connus. La présente invention concerne tout d'abord une structure intégrée qui comprend une couche de base en un matériau conducteur de l'électricité, une couche intermédiaire en un matériau électriquement isolant, et une couche supérieure en un matériau conducteur de l'électricité. Selon l'invention, ladite couche supérieure est perforée et ladite couche intermédiaire et éventuellement ladite couche de base sont dégagées de façon à réaliser une cavité dans laquelle au moins une région de ladite couche supérieure constitue une partie suspendue reliée au reste de cette couche supérieure. Ainsi, selon l'invention, ladite partie suspendue est déplaçable, depuis une position stable et à l'encontre de l'élasticité de sa liaison avec le reste de cette couche supérieure, dans le sens qui la rapproche ou l'éloigne de ladite couche de base lorsque cette partie suspendue et ladite couche de base sont soumises à une source d'énergie électrique. Selon l'invention, ladite partie suspendue peut avantageusement comprendre au moins une poutre en porte-à-faux. Selon l'invention, ladite partie suspendue est de préférence reliée au reste de ladite couche supérieure par deux bras opposés déterminant un axe de pivotement. Selon une exécution particulière de l'invention, ladite partie suspendue comprend au moins deux branches ou poutres opposées s'étendant dans le prolongement l'une de l'autre, de part et d'autre dudit axe de pivotement, et dimensionnées de telle sorte que, lorsque ladite couche de base et ladite couche supérieure sont soumises à une source d'énergie électrique, ladite partie suspendue bascule selon ledit axe de pivotement. Selon l'invention, ladite couche supérieure peut avantageusement présenter une tranchée d'isolation électrique, distante de sa liaison avec sa partie suspendue et dont les extrémités débouchent dans sa perforation précitée. Selon l'invention, ladite partie suspendue peut avantageusement présenter une largeur réduite du côté de sa liaison au reste de ladite couche supérieure. La structure selon l'invention peut avantageusement comprendre ou être munie d'au moins un moyen de guidage optique présentant deux parties qui s'étendent dans le prolongement l'une de l'autre et dont les extrémités adjacentes sont séparées par un espace, ladite partie suspendue comprenant une portion susceptible de se déplacer dans cet espace en vue d'agir sur le couplage optique entre lesdites parties dudit moyen de guidage optique au travers dudit espace. Selon l'invention, ledit moyen de guidage optique s'étend de préférence au-dessus de ladite couche supérieure et ladite portion de ladite partie suspendue est susceptible de pénétrer dans ledit espace lorsque cette partie suspendue et ladite couche de base sont soumises à une source d'énergie électrique. Selon une variante de l'invention, ledit moyen de guidage optique peut comprendre au moins un micro-guide optique intégré. Selon une autre variante de l'invention, ledit moyen de guidage optique peut comprendre au moins une fibre optique. Selon l'invention, ledit moyen de guidage optique peut avantageusement comprendre au moins quatre parties formant une croix, dont deux sont situées d'un côté dudit espace et les deux autres de l'autre côté. Selon une variante de l'invention, les flancs ou faces de ladite partie suspendue, correspondant audit espace, peuvent être optiquement absorbants. Selon une autre variante de l'invention, les flancs ou faces de ladite partie suspendue, correspondant audit espace, peuvent être optiquement réfléchissants. La présente invention sera mieux comprise à l'étude de structures optiques intégrées décrites à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par le dessin sur lequel : - la figure 1 représente une vue de dessus d'une première structure optique intégrée selon la présente invention ; - la figure 2 représente une section transversale selon II-II de la structure de la figure 1 ; - la figure 3 représente une section selon III-l'Il de la structure de la figure 1 ; - la figure 4 représente une coupe longitudinale selon IVIV de la structure de la figure 1, en position stable ; - la figure 5 représente une coupe longitudinale correspondant à la figure 4 de la structure de la figure 1, en position déformée ; - la figure 6 représente une vue de dessus d'une variante de réalisation de la structure des figures 1 à 5 ; - la figure 7 représente une autre variante de réalisation de la structure optique précitée ; - la figure 8 représente une coupe partielle selon VIII-VIII de la structure de la figure 7 ; - et la figure 9 représente une vue de dessus d'un groupe de structures optiques intégrées. En se reportant aux figures 1 à 5, on peut voir qu'on a représenté une structure optique intégrée 1 qui comprend, les unes sur les autres, une couche de base 2, une couche intermédiaire 3 et une couche supérieure 4. La couche de base 2 est en un matériau conducteur de l'électricité, par exemple en silicium, la couche intermédiaire 3 est en un matériau non conducteur de l'électricité, par exemple en silice, et la couche supérieure 4 est en un matériau conducteur de l'électricité, par exemple en silicium monocristallin. Dans un exemple de réalisation, la couche intermédiaire 3 peut présenter une épaisseur comprise entre 10 et 15 microns, la couche supérieure 4 peut présenter une épaisseur comprise entre 60 et 80 microns, tandis que la couche de base est relativement plus épaisse. La couche supérieure 4 est perforée ou découpée et la couche intermédiaire 3 et la couche de base 2 sont dégagées, de façon à réaliser une cavité 5 dans laquelle il subsiste une région de la couche supérieure 4 permettant de constituer une partie suspendue 6 reliée au reste de cette couche supérieure 4. Plus précisément, cette partie suspendue 6 comprend deux branches ou poutres longitudinales opposées 7 et 8, en porte-à-faux, qui s'étendent dans le prolongement l'une de l'autre et de part et d'autre d'un axe de pivotement 9 déterminé par deux bras transversaux opposés de liaison 10 et 11 rejoignant deux flancs longitudinaux opposés 12 et 13 de la cavité 4. Dans l'exemple représenté, les poutres 7 et 8 de la partie suspendue 6 sont, en vue de dessus, rectangulaires et sensiblement de mêmes longueurs, la largeur de la poutre 7 étant très nettement plus faible que la largeur de la poutre 8. La poutre 8 présente, du côté de l'axe de pivotement 9, des évidements latéraux 14 et 15 permettant d'allonger les bras de liaison 10 et 11. Dans un exemple de réalisation, la longueur des poutres 7 et 8 peut être comprise entre 50 et 100 microns, la largeur de la poutre 7 peut être comprise entre 5 et 10 microns et la largeur de la poutre 8 peut être comprise entre 50 et 200 microns. La cavité 5 est formée de manière à présenter deux autres flancs longitudinaux 16 et 17 qui s'étendent à faible distance des parties d'extrémité des flancs longitudinaux 18 et 19 de la poutre 7 de la partie suspendue 6. A titre d'exemple, la distance séparant respectivement les flancs 16 et 17 de la cavité 5 et les flancs 18 et 19 de la poutre 7 peut être compris entre 3 et 5 microns. La couche de base 2 et la couche supérieure 4 sont électriquement reliées à un dispositif de commande électrique 20 incluant une source d'énergie électrique 21. Comme le montrent en particulier les figures 2 à 4, lorsque la couche de base 2 et la couche supérieure 4 ne sont pas reliées à la source d'énergie électrique, la partie suspendue 6 s'étend sensiblement dans le plan de la couche supérieure 4. Lorsque la couche de base 2 et la couche supérieure 4 sont reliées à la source d'énergie électrique, il se produit dans la cavité 5 un effet électrostatique entre la couche de base 2 et la partie suspendue 6 de la couche supérieure 4 tendant à les rapprocher. Cependant, la poutre 7 et la poutre 8 de la partie suspendue 6 sont dimensionnées en surface l'une par rapport à l'autre de telle sorte que, sous l'effet électrostatique ci-dessus, il se produise un basculement de la partie suspendue 6 selon l'axe transversal 9 tel que, du fait du couple résultant, la poutre 7 pivote et s'éloigne de la couche de base 2 en se relevant et la poutre 8 pivote et se rapproche du fond 5a de la cavité 5, la poutre 7 sortant de la cavité 5 et la poutre 8 en s'enfonçant dans cette dernière. La figure 5 montre la partie suspendue 6 dans une position basculée. Le basculement ci-dessus de la partie suspendue 10 se produit en provoquant un vrillage des bras de laison 10 et 11 de la partie suspendue 6 à l'encontre de leur élasticité. Lorsque la source d'énergie électrique 21 est déconnectée de la couche de base 2 et de la couche supérieure 4, la partie suspendue 6 reprend sa position stable initiale sensiblement dans le plan de la couche supérieure 4, sous l'effet de l'élasticité de ses bras de liaison 10 et 11. L'amplitude angulaire du mouvement de basculement de la partie suspendue 6 selon l'axe de pivotement 9 est fonction de la différence de potentiel appliquée entre la couche de base 2 et la couche supérieure 4, de telle sorte qu'il est possible de provoquer des basculements angulaires déterminés en faisant fonctionner le dispositif de commande 20 en tout ou rien, et/ou qu'il est possible de moduler l'amplitude du basculement de la partie suspendue 6 en modulant l'énergie électrique délivrée par le dispositif de commande électrique 20 et déterminant ladite différence de potentiel. La structure 1 comprend en outre un micro-guide optique intégré 22 réalisé transversalement sur la surface 4a de la couche supérieure 4 et présentant dans sa partie centrale un coeur de guidage optique 22a. Le guide optique intégré 22 comprend deux parties 23 et 24 dont les extrémités adjacentes 25 et 26, transversales à leurs coeurs de transmission 23a et 24a, s'étendent dans le plan des flancs 16 et 17 de la cavité 5 de telle sorte que l'espace 27 séparant ces surfaces d'extrémité 25 et 26 correspond sensiblement à la distance séparant ces flancs 16 et 17. Lorsque la partie suspendue 6 est à sa position stable décrite précédemment, sa poutre 7 s'étend dans le plan de la couche supérieure 4 et en conséquence en-dessous de l'espace 27 du microguide optique 22. L'onde optique transportée par ce micro-guide optique 22 passe de l'une de ses parties 23 et 24 à l'autre au travers de l'espace 27. Lorsque la partie suspendue 6 et la couche de base 2 sont soumises au dispositif de commande électrique 20, la partie d'extrémité de sa poutre 7 s'engage et se déplace en se relevant dans l'espace 27 séparant les faces d'extrémité 25 et 26 des parties 23 et 24 du micro-guide optique 22. La poutre 7 constitue alors un obstacle à la transmission ou la propagation de l'onde optique de l'une des parties 23 et 24 du micro-guide optique 22 à l'autre. La poutre 7 de la partie suspendue 6 peut soit constituer un obstacle total à cette transmission de façon à réaliser un interrupteur optique soit constituer un obstacle partiel de façon à réaliser un atténuateur optique, ce en fonction de l'amplitude du mouvement de basculement de la partie suspendue 6 comme on l'a décrit précédemment. Pour fabriquer la structure optique intégrée 1, on peut procéder de la manière suivante. Ayant réalisé l'empilement des couches 2,3 et 4 et du micro-guide optique intégré 22, on procède en particulier par gravures successives à la réalisation de l'espace 27 séparant les parties 23 et 24 du micro-guide optique 22 et la cavité 5 en perforant ou creusant la couche supérieure 4 et en effectuant un dégagement dans la couche intermédiaire 3 et la couche de base 2 de façon à obtenir la partie suspendue 6. On réalise la connexion électrique entre le dispositif de commande 20 et d'une part la couche de base 2 et d'autre part la couche supérieure 4, par exemple en prévoyant un plot de connexion électrique sur la couche 4 et un plot de connexion électrique sur la couche de base 2 au fond d'un puits 20a réalisé dans la couche supérieure 4 et la couche intermédiaire 3. De façon à éviter tout court-circuit entre la partie suspendue 6 et la couche de base 2, on pourrait déposer en outre un isolant mince dans le fond de la cavité 5, par exemple de parylène ou de téflon. Dans ce cas, le fond de la cavité 5 peut servir de butée de fin de course pour la poutre 8 et donc de butée de fin de basculement de la partie suspendue 6 et de limitation de course de la poutre 7. On pourrait également effectuer un traitement des faces 18 et 19 de la poutre 7 de façon à améliorer leur capacité de réflexion lumineuse, soit en effectuant le dépôt d'un métal réfléchissant soit en effectuant un traitement thermique à haute température de façon à obtenir un état de surface souhaité par déplacement d'atomes. Dans l'exemple ci-dessus, les parties 23 et 24 du micro- guide 22 pourraient être remplacées par des portions de fibres optiques fixées par exemple dans des rainures réalisées sur la face frontale de la couche supérieure 4 comme décrit plus loin en référence à la figure 8. En se reportant à la figure 6, on peut voir qu'on a représenté une variante de réalisation de la structure optique intégrée 1, dans laquelle la couche supérieure 4 présente deux tranchées 28 et 29 réalisées dans son épaisseur, à distance des bras 10 et 11 et débouchant dans la cavité 5 de part et d'autre de ces bras. Dans une variante, ces tranchées 28 et 29 pourraient être remplies d'une matière électriquement isolante. Ainsi, la partie suspendue 6 est reliée à deux régions 30 et 31 latérales à la cavité 5 et ancrées sur la couche intermédiaire 3, de telle sorte que la partie suspendue 6 et les régions 30 et 31 sont isolées électriquement du reste de la couche supérieure 4. Dans cette variante, le dispositif de commande électrique 20 devra être alors relié par exemple à un plot 32 de la région 30. En se reportant aux figures 7 et 8, on peut voir qu'on a représenté une structure optique intégrée 33 qui ne se différencie de la structure optique intégrée 1 décrite précédemment que par les points suivants. Le micro-guide optique intégré 22 réalisé précédemment sur la couche supérieure 4 est supprimé. Cette couche supérieure 4 présente dans sa face supérieure 4a des rainures 34 dans lesquelles sont partiellement engagées et fixées, par exemple par collage, les parties d'extrémité de fibres optiques 35 dont les faces d'extrémité 36 sont placées dans le plan des flancs 16 et 17 de la cavité 5. Dans l'exemple représenté, la structure optique intégrée 33 présente quatre fibres optiques 35 s'étendant en croix et inclinées sensiblement à 45 degrés par rapport à la poutre 7 de la partie suspendue 6, les faces d'extrémités 36 des fibres 35 étant sensiblement dans le plan des flancs 16 et 17. Les fibres optiques 35 pourraient présenter des diamètres amincis. Lorsque la poutre 7 est dans sa position stable précitée, une onde optique arrivant par l'une et/ou l'autre des fibres optiques situées d'un côté de la poutre 7 est transférée à la fibre optique située en face ou dans son prolongement, au travers de l'espace séparant leurs extrémités. Dans une variante, les flancs 18 et 19 de la poutre 7 peuvent être optiquement absorbantes grâce en particulier aux matériaux choisis ou à leur rugosité ou grâce à un dépôt d'une matière absorbante sur ces flancs tel que du silicium amorphe. Dans ce cas, lorsque la poutre 7 est dans une position relevée décrite précédemment, elle peut alors constituer un interrupteur optique ou un atténuateur optique des ondes optiques circulant dans les fibres optiques 35 situées dans le prolongement l'une de l'autre. Dans une autre variante, les flancs 18 et 19 de la poutre 7 peuvent être optiquement réfléchissants grâce en particulier à un polissage de ces flancs ou au dépôt sur ces flancs d'une matière réfléchissante telle que de l'aluminium et les axes des deux fibres optiques situées d'un côté de la poutre 7 peuvent se couper sur le flanc correspondant de cette poutre ou en un endroit voisin. Dans ce cas, lorsque la poutre 7 est dans sa position relevée décrite précédemment, une onde optique arrivant par l'une des fibres optiques 35 est réfléchie sur la face correspondante de la poutre 7 et dirigée vers l'autre fibre optique située du même côté de cette poutre. La disposition de cette autre variante constitue donc un commutateur optique deux voies vers deux voies. Bien entendu, les fibres optiques 35 pourraient être remplacées par des micro-guides optiques intégrés. En se reportant maintenant à la figure 9, on peut voir qu'on a représenté une barrette 37 construite dans une structure de base identique à celle des figures 1 à 5 et comprenant, respectivement dans plusieurs zones 38i, plusieurs parties suspendues 6 réalisées dans plusieurs cavités correspondantes 5 et associées à plusieurs micro-guides optiques 22, la couche supérieure 4 présentant des tranchées 39 d'isolation électrique des différentes zones 38i. Les zones 38i peuvent alors être reliées parallèlement ou indépendamment à un ou différents dispositifs de commande électrique 20 pour fonctionner et être utilisées comme décrit précédemment en ce qui concerne la structure optique intégrée 1. La présente invention ne se limite pas aux exemples ci- dessus décrits. Bien des variantes de réalisation sont possibles sans sortir du cadre défini par les revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Structure intégrée, caractérisée par le fait qu'elle comprend une couche de base (2) en un matériau conducteur de l'électricité, une couche intermédiaire (3) en un matériau électriquement isolant, et une couche supérieure (4) en un matériau conducteur de l'électricité, et par le fait que ladite couche supérieure (4) est perforée et ladite couche intermédiaire (3) et éventuellement ladite couche de base (2) sont dégagées de façon à réaliser une cavité (5) dans laquelle au moins une région de ladite couche supérieure constitue une partie suspendue (6) reliée au reste de cette couche supérieure, de telle sorte que ladite partie suspendue (6) est déplaçable, depuis une position stable et à l'encontre de l'élasticité de sa liaison (10, 11) avec la reste de cette couche supérieure, dans le sens qui la rapproche ou l'éloigne de ladite couche de base lorsque cette partie suspendue et ladite couche de base sont soumises à une source d'énergie électrique. 2. Structure selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ladite partie suspendue (6) comprend au moins une poutre en porte-à-faux (7,8). 3. Structure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que ladite partie suspendue (6) est reliée au reste de ladite couche supérieure par deux bras opposés (10, 11) déterminant un axe de pivotement (9). 4. Structure selon la revendication 3, caractérisée par le fait que ladite partie suspendue (6) comprend au moins deux branches ou poutres opposées (7,8) s'étendant dans le prolongement l'une de l'autre, de part et d'autre dudit axe de pivotement (9), et dimensionnées de telle sorte que, lorsque ladite couche de base et ladite couche supérieure sont soumises à une source d'énergie électrique, ladite partie suspendue bascule selon ledit axe de pivotement. 5. Structure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que ladite couche supérieure présente au moins une tranchée d'isolation électrique (28,29 ; 39), distante de sa liaison (10, 11) avec sa partie suspendue (6) et dont les extrémités débouchent dans ladite cavité. 6. Structure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que ladite partie suspendue (6) présente une largeur réduite (14,15) du côté de sa liaison au reste de ladite couche supérieure. 7. Structure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle comprend ou est munie d'au moins un moyen de guidage optique (22,35) présentant deux parties (23,24) qui s'étendent dans le prolongement l'une de l'autre et dont les extrémités adjacentes sont séparées par un espace (27), ladite partie suspendue comprenant une portion (7) susceptible de se déplacer dans cet espace en vue d'agir sur le couplage optique entre lesdites parties dudit moyen de guidage optique au travers dudit espace. 8. Structure selon la revendication 7, caractérisée par le fait que ledit moyen de guidage optique (22,35) s'étend au-dessus de ladite couche supérieure (4) et que ladite portion (7) de ladite partie suspendue (6) est susceptible de pénétrer dans ledit espace (27) lorsque cette partie suspendue et ladite couche de base sont soumises à une source d'énergie électrique. 9. Structure optique intégrée, caractérisée par le fait qu'elle comprend une couche de base (2) en un matériau conducteur de l'électricité, une couche intermédiaire (3) en un matériau électriquement isolant et une couche supérieure (4) en un matériau conducteur de l'électricité ; par le fait que ladite couche supérieure (4) est perforée et ladite couche intermédiaire (3) et éventuellement ladite couche de base (2) sont dégagées de façon que ladite couche supérieure présente une partie suspendue (6) reliée au reste de cette couche supérieure par deux bras opposés (10, 11) déterminant un axe de pivotement (9) et comprennent deux branches ou poutres opposées (7,8) s'étendant dans le prolongement l'une de l'autre, de part et d'autre de cet axe de pivotement ; par le fait qu'au moins un moyen de guidage optique (22, 35) s'étend au-dessus de ladite couche supérieure et présente deux parties (23,24) qui s'étendent dans le prolongement l'une de l'autre et dont les extrémités adjacentes sont séparées par un espace placé audessus d'une portion de l'une des branches ou poutres (7) de ladite partie suspendue ; et par le fait que lesdites branches ou poutres opposées (7, 8) de ladite partie suspendue (6) sont dimensionnées de telle sorte que, lorsque cette partie suspendue et ladite couche de base sont soumises à une différence de potentiel électrique, ladite partie suspendue (6) bascule selon ledit axe de pivotement (9) et que sa portion précitée s'engage dans ledit espace. 10. Structure selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisée par le fait que ledit moyen de guidage optique (22) comprend au moins un micro-guide optique intégré (22). 11. Structure selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisée par le fait que ledit moyen de guidage optique comprend au moins une fibre optique (35). 12. Structure selon l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisée par le fait que ledit moyen de guidage optique comprend au moins quatre parties (35) formant une croix, dont deux sont situées d'un côté dudit espace et les deux autres de l'autre côté. 13. Structure selon l'une quelconque des revendications 7 à 12, caractérisée par le fait que les flancs ou faces (18,19) de ladite partie suspendue, correspondant audit espace, sont optiquement absorbants. 14. Structure selon l'une quelconque des revendications 7 à 12, caractérisée par le fait que les flancs ou faces (18,19) de ladite partie suspendue, correspondant audit espace, sont optiquement réfléchissants.