Brevet FR2911191A1 — publié le 20080711

Capteur de mesure d'une dose d'UV et procédé de mesure d'une dose d'UV mettant en oeuvre ce capteur La présente invention concerne un capteur pour la mesure d'une dose de rayons ultra-violets (UV) et un procédé de mesure de cette dose d'UV mettant en oeuvre ce capteur. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, dans le domaine de la io médecine pour la mesure de la quantité d'UV reçue par un patient lors d'une exposition à une source d'UV (naturelle ou artificielle), afin d'adapter par exemple le traitement dermatologique de ce patient. Il est connu que la décharge de transistors de type MOS à grille flottante peut être effectuée par exposition aux UV pour initialiser des 15 mémoires. Toutefois, il n'est pas connu d'utiliser l'effet de la décharge par exposition aux UV pour mesurer la quantité de rayons UV auxquels le transistor a été exposé, comme le propose l'invention. En effet, l'invention concerne un capteur dont la mesure de la dose d'UV repose sur l'utilisation d'un transistor de type MOS à grille flottante. 20 Lors d'une étape d'initialisation, des électrons sont injectés dans la grille flottante à l'aide de moyens électriques. On charge ainsi la grille flottante, de sorte que le transistor présente une tension de seuil initiale. Dans une réalisation, les électrons sont injectés dans la grille flottante par effet tunnel ou en utilisant des électrons, dits électrons chauds , 25 présentant une énergie supérieure à celle des autres particules de la grille. Ensuite, le capteur est exposé à une source d'UV ce qui a pour effet de décharger la grille du transistor et de diminuer la tension de seuil de ce transistor. La diminution de la tension de seuil est liée à la quantité d'UV reçue par une relation connue qui a été préalablement étalonnée. 30 Aussi, après exposition, la dose d'UV reçue peut être calculée à partir de la mesure de la variation de cette tension de seuil, ou de la variation d'une grandeur physique correspondant à cette variation de tension de seuil, à savoir la variation de l'intensité du courant circulant entre le drain et la source pour des conditions de fonctionnement données du transistor. Le transistor n'a pas besoin d'être alimenté pendant l'exposition aux rayons UV. Dans une mise en oeuvre de l'invention, le capteur peut donc être utilisé au sein d'un circuit RFID passif. Dans ce cas, c'est le lecteur qui lui est associé qui lui transmet l'énergie électrique pour son initialisation, et pour la transmission de la mesure de la quantité d'UV reçue. L'invention concerne donc un capteur mesurant une dose d'UV reçue caractérisé en ce qu'il comporte : - un transistor de type MOS à grille flottante, ce transistor comportant une grille, un drain, une source, ainsi qu'une grille flottante positionnée entre io la grille et le drain, - la dose d'UV reçue étant mesurée à partir de la mesure d'une variation d'intensité du courant traversant le drain du transistor ou d'une variation de la tension de seuil du transistor, entre avant et après une exposition à des rayons UV. 15 Dans une réalisation, le capteur comporte en outre un circuit pour charger la grille flottante à une tension donnée, ce circuit appliquant une tension entre la grille et le drain du transistor. Dans une réalisation, le capteur comporte en outre un circuit pour mesurer la variation d'intensité du courant traversant le drain du transistor 20 entre avant et après l'exposition pour des conditions de fonctionnement du transistor données. Dans une réalisation, le capteur comporte en outre un circuit assurant la correspondance entre la variation d'intensité mesurée et la dose d'UV reçue, cette correspondance étant établie à partir d'une courbe d'étalonnage 25 établissant la relation entre variation d'intensité et des doses d'UV calibrées. Dans une réalisation, le capteur comporte en outre un circuit de type RFID assurant une communication entre le capteur et un lecteur de type RFID. Ce circuit assurant la transmission de la mesure de la dose d'UV reçue au lecteur sur requête de ce lecteur. Ce circuit RFID peut être mis 30 sous tension par le lecteur. Selon une réalisation, le capteur comporte en outre un filtre positionné au dessus de la grille flottante pour sélectionner une bande limitée d'UV. L'invention concerne en outre un procédé pour mesurer une dose d'UV reçue par un capteur comportant un transistor de type MOS à grille 35 flottante, le transistor comportant une grille, un drain, une source, ainsi qu'une grille flottante positionnée entre la grille et le drain, ce procédé comportant les étapes suivantes : - initialiser le capteur en chargeant la grille à une tension de seuil initiale, - mesurer, avant une exposition aux UV, l'intensité du courant circulant entre le drain et la source pour des conditions de fonctionnement du transistor données, - exposer le capteur à une source d'UV, - mesurer, après l'exposition aux UV, l'intensité du courant circulant io entre le drain et la source pour des conditions de fonctionnement du transistor identiques aux conditions précédentes, et - calculer la dose d'UV reçue en fonction de la différence entre les intensités des courants mesurées. Selon une mise en oeuvre, pour initialiser le capteur, le procédé 15 comporte l'étape suivante : - appliquer une tension d'environ 14 volts sur la grille et de 0 volt sur le drain, pendant environ 10 millisecondes. Selon une mise en oeuvre, le transistor étant de type NMOS, pour mesurer le courant circulant entre la source et le drain, le procédé comporte 20 les étapes suivantes : - appliquer une tension de 1 à 2 volts sur le drain et une tension constante sur la grille, - relier la source à la masse, et -mesurer le courant circulant entre le drain et la source. 25 Selon une mise en oeuvre, pour calculer la dose d'UV reçue, il comporte l'étape suivante : - faire la correspondance entre la variation d'intensité mesurée et la dose d'UV reçue, - cette correspondance étant faite à partir d'une courbe d'étalonnage 30 établissant la relation entre des variations d'intensité et des doses d'UV calibrées. L'invention concerne également un procédé pour mesurer une dose d'UV reçue par un capteur comportant un transistor de type MOS à grille flottante, le transistor comportant une grille, un drain, une source, ainsi qu'une grille flottante positionnée entre la grille et le drain, ce procédé comportant les étapes suivantes : - initialiser le capteur en chargeant la grille à une tension de seuil initiale avant une exposition aux UV, - exposer le capteur à une source d'UV, - mesurer, après l'exposition aux UV, la tension de seuil du transistor pour des conditions de fonctionnement du transistor identiques aux conditions précédentes, et - calculer la dose d'UV reçue en fonction de la différence entre les io tensions de seuil mesurées. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. Elles montrent : -figure 1 : une représentation schématique d'un capteur selon 15 l'invention échangeant des signaux avec un lecteur de type RFID ; - figure 2 : une représentation graphique des caractéristiques du transistor de type MOS à grille flottante selon l'invention. Les éléments identiques conservent la même référence d'une figure à l'autre. 20 La figure 1 montre un capteur 1 selon l'invention destiné à être porté par une personne qui va être exposée à des rayons UV, par exemple lorsqu'elle se trouve à l'extérieur ou sous une lampe à UV. Ce capteur 1 comporte un transistor 2 de type NMOS à grille flottante. Toutefois en variante, ce transistor 2 pourrait être de type PMOS. Ce 25 transistor 2 comporte une grille G, un drain D, une source S, ainsi qu'une grille flottante FG positionnée entre la grille G et le drain D. La figure 2 montre une représentation schématique de la caractéristique du courant i parcourant le drain D en fonction de la tension VG de la grille G, pour une tension de drain constante comprise entre 1 et 30 2V. La source S du transistor 2 est reliée à la masse. Les trois courbes 3-5 correspondent à différentes valeurs de charge de la grille flottante FG. Ainsi, la courbe 3 montre l'évolution du courant i pour une grille flottante FG qui est non chargée (grille flottante neutre). Cette grille flottante FG est neutre notamment lorsque le transistor 2 sort de la fabrication. Dans 35 ce cas, le transistor 2 présente une tension de seuil Vs (tension à dépasser pour que le transistor soit passant) quasi nulle. Et un courant ln parcoure le drain D lorsqu'une tension VR constante est appliquée sur la grille G. Dans une étape d'initialisation, un circuit de charge 9 relié au transistor 2 via un bus 12 charge la grille flottante FG en appliquant une tension entre la grille G et le drain D. Des électrons sont ainsi attirés sur la grille flottante FG, de sorte que la grille flottante FG possède un potentiel négatif. La diminution du potentiel de la grille a pour effet d'augmenter la tension de seuil du transistor. Après l'initialisation, la caractéristique du transistor 2 est alors la io courbe 4. Le transistor 2 présente une tension de seuil Vs' plus grande que celle qu'il présente lorsque la grille flottante FG n'est pas chargée. En outre, pour une tension de grille valant VR, le courant li parcourant le drain D est très inférieur au courant ln. Dans une mise en oeuvre, pour charger la grille flottante FG dans 15 l'étape d'initialisation, on applique une tension d'environ 14V sur la grille G tandis que le drain D est relié à la masse pendant une durée d'environ 10ms. Ensuite, on expose le capteur 1 à une source d'UV. Pendant cette exposition, des photons apportent de l'énergie aux électrons piégés de la grille flottante FG qui franchissent la barrière de potentiel entre cette grille 20 flottante FG et le substrat ou la grille G. Cet apport d'énergie aux électrons de la grille flottante FG a pour effet de faire chuter la tension de seuil du transistor. Une fois l'exposition terminée, on obtient alors la courbe 5. Le transistor 2 présente alors une tension de seuil Vs" comprise entre Vs et Vs". 25 En outre, pour une tension de grille valant VR, le courant If parcourant le drain D est compris entre li et ln. Un circuit 10 de mesure relié au transistor 2 via le bus 12 mesure cette intensité If ainsi que la variation d'intensité di=(If-li). En fonction de cette variation d'intensité di (qui est proportionnelle à la variation de la 30 tension de seuil du transistor), il est possible d'en déduire la dose d'UV à laquelle a été exposé le capteur 1. A cet effet, le circuit 10 transmet sa mesure à un circuit 11 auquel il est relié via le bus 12. Ce circuit 11 établit alors la correspondance entre la variation de courant di et la quantité de rayons UV à laquelle le capteur a été 35 exposé. A cette fin, une courbe de calibration donnant la dose d'UV reçue en fonction de la variation d'intensité di est utilisée. Cette courbe de calibration fait correspondre à une valeur de variation de courant di donnée une unique dose d'UV reçu. Cette courbe est sensiblement linéaire dans un exemple mais elle pourrait avoir une autre allure. Cette courbe de calibration est établie à l'aide de valeurs de calibration entre lesquelles la courbe est extrapolée. Pour obtenir ces valeurs de calibration (et donc un point sur cette courbe) : on initialise le capteur 1, on irradie le capteur 1 avec une dose UV calibré, et on détermine la variation du courant di entre avant et après irradiation. io Comme de préférence le capteur 1 est toujours initialisé de la même manière d'une mesure à une autre, il suffit de connaître If pour une dose d'UV calibrée et de tracer If en fonction de la dose d'UV reçue. Dans ce cas, pour une mesure de dose d'UV reçue par un patient, le circuit de mesure 10 ne transmet au circuit 11 que la valeur If mesurée. 15 En variante, la dose d'UV reçue est calculée à partir de la variation de la tension de seuil (Vs'-Vs") du transistor entre avant et après l'irradiation. Dans ce cas, une courbe de calibration permet de faire la correspondance entre la variation de la tension de seuil et la dose UV reçue. Cette courbe de calibration fait correspondre à une valeur de variation de tension de seuil une 20 unique valeur de dose UV reçue. Elle est obtenue d'une manière semblable à celle permettant d'obtenir la courbe de calibration établissant la correspondance entre di et la dose d'UV. Le circuit 11 transmet alors la mesure de la dose d'UV à un transpondeur 17 de type RFID auquel il est relié via le bus 12. Ce 25 transpondeur 17 comporte une antenne 18 par l'intermédiaire de laquelle il émet un signal SR relatif à la valeur de la dose d'UV reçue à destination d'un lecteur 20. Le lecteur 20 capte le signal SR émis à l'aide de son antenne 21 et en extrait la valeur de la dose d'UV. Le lecteur 20 affiche alors cette valeur à l'aide d'un module d'affichage 22. 30 Dans la pratique, la phase d'initialisation ainsi que l'émission du signal de mesure par le capteur 1 est faite sur requête du lecteur 20. A cet effet, le circuit 17 RFID commande le circuit 9 pour initialiser le transistor 2 ou émet le signal SR relatif à la mesure de la dose d'UV après avoir reçu respectivement un signal d'initialisation SI ou un signal de lecture SL émis 35 par le lecteur 20. Dans une mise en oeuvre de l'invention, les signaux SI et SL émis par le lecteur 20 assurent la mise sous tension du capteur 1, ce dernier ne comportant aucune batterie. Dans une réalisation, le transpondeur 17 comporte en outre une mémoire 11 du type EEPROM dans laquelle est stockée un identifiant ID. Cet identifiant ID permet d'identifier la personne portant le capteur 1. A cet effet, l'identifiant ID est contenu à l'intérieur du signal SR transmis au lecteur 20 au moment d'une lecture du capteur 1. Comme le lecteur 1 comporte dans sa mémoire 23 les différents identifiants ID io possibles des capteurs et les personnes auxquelles ils sont associés, le lecteur 20 fait une corrélation entre l'identifiant ID qui lui a été transmis et la personne. Et il affiche alors l'identité de la personne portant le capteur 1. Les données (dose UV - personnes) peuvent être stockées à l'intérieur d'une mémoire (non représentée), de sorte qu'il est possible 15 d'observer l'évolution des doses d'UV reçues par une personne donnée. En variante, le circuit 11 contenant la courbe de calibration (dose UV versus courant If) et établissant la correspondance entre le courant If mesuré et la dose d'UV reçue est réalisé dans le lecteur 20. Dans ce cas, le capteur 1 transmet au lecteur 1 la valeur de la mesure de courant If. 20 En variante, le capteur 1 comporte un filtre 27 positionné au dessus de la grille flottante FG pour sélectionner une bande limitée d'UV. Dans un exemple ce filtre 27 est un filtre à UV-A, UV-B ou UV-C, de sorte qu'il ne mesure la quantité reçue que d'un ces types de rayons UV. REVENDICATIONS 1 - Capteur (1) mesurant une dose d'UV reçue caractérisé en ce qu'il comporte : - un transistor (2) de type MOS à grille flottante, ce transistor (2) comportant une grille (G), un drain (D), une source (S), ainsi qu'une grille flottante (FG) positionnée entre la grille (G) et le drain (D), - la dose d'UV reçue étant mesurée à partir de la mesure d'une variation d'intensité (di) du courant (i) traversant le drain du transistor (2) ou io d'une variation de la tension de seuil (Vs"-Vs') du transistor (2), entre avant et après une exposition à des rayons UV. 2 - Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre : - un circuit (9) pour charger la grille flottante (FG) à une tension 15 donnée, ce circuit (9) appliquant une tension entre la grille (G) et le drain (D) du transistor (2). 3 - Capteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre : - un circuit (10) pour mesurer la variation d'intensité (di) du courant 20 traversant le drain du transistor (2) entre avant et après l'exposition pour des conditions de fonctionnement du transistor données. 4 - Capteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre : - un circuit (11) assurant la correspondance entre la variation 25 d'intensité (di) mesurée et la dose d'UV reçue, cette correspondance étant établie à partir d'une courbe d'étalonnage établissant la relation entre variation d'intensité et des doses d'UV calibrées. 5 - Capteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre : 30 - un circuit (17) de type RFID assurant une communication entre le capteur (1) et un lecteur (20) de type RFID, - ce circuit (17) assurant la transmission de la mesure de la dose d'UV reçue au lecteur (20) sur requête de ce lecteur (20). 6 - Capteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que : 35 - le circuit RFID (17) est mis sous tension par le lecteur (20). 7 - Capteur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte en outre : - un filtre (27) positionné au dessus de la grille flottante (FG) pour sélectionner une bande limitée d'UV. 8 - Procédé pour mesurer une dose d'UV reçue par un capteur (1) comportant un transistor (2) de type MOS à grille flottante, le transistor comportant une grille (G), un drain (D), une source (S), ainsi qu'une grille flottante (FG) positionnée entre la grille (G) et le drain (D), ce procédé comportant les étapes suivantes : io - initialiser le capteur (1) en chargeant la grille (G) à une tension de seuil initiale, - mesurer, avant une exposition aux UV, l'intensité du courant (Ii) circulant entre le drain (D) et la source (S) pour des conditions de fonctionnement du transistor données, 15 - exposer le capteur à une source d'UV, - mesurer, après l'exposition aux UV, l'intensité du courant (If) circulant entre le drain (D) et la source (S) pour des conditions de fonctionnement du transistor identiques aux conditions précédentes, et - calculer la dose d'UV reçue en fonction de la différence (di) entre les 20 intensités des courants mesurées (If, Ii). 9 - Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que, pour initialiser le capteur (1), il comporte l'étape suivante : - appliquer une tension d'environ 14 volts sur la grille (G) et de 0 volt sur le drain (D), pendant environ 10 millisecondes. 25 10 - Procédé selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que, le transistor étant de type NMOS, pour mesurer le courant circulant entre la source (S) et le drain (D), il comporte les étapes suivantes : - appliquer une tension de 1 à 2 volts sur le drain (D) et une tension constante (VR) sur la grille (G), 30 - relier la source (S) à la masse, et - mesurer le courant (i) circulant entre le drain (D) et la source (S). 11 - Procédé selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que, pour calculer la dose d'UV reçue, il comporte l'étape suivante : - faire la correspondance entre la variation d'intensité (di) mesurée et 35 la dose d'UV reçue,- cette correspondance étant faite à partir d'une courbe d'étalonnage établissant la relation entre des variations d'intensité et des doses d'UV calibrées. 12 - Procédé pour mesurer une dose d'UV reçue par un capteur (1) comportant un transistor (2) de type MOS à grille flottante, le transistor comportant une grille (G), un drain (D), une source (S), ainsi qu'une grille flottante (FG) positionnée entre la grille (G) et le drain (D), ce procédé comportant les étapes suivantes : - initialiser le capteur (1) en chargeant la grille (G) à une tension de io seuil initiale (Vs') avant une exposition aux UV, - exposer le capteur à une source d'UV, - mesurer, après l'exposition aux UV, la tension de seuil (Vs") du transistor (2) pour des conditions de fonctionnement du transistor identiques aux conditions précédentes, et 15 - calculer la dose d'UV reçue en fonction de la différence entre les tensions de seuil mesurées (Vs', Vs").