Brevet FR2969392A1 — publié le 20120622

B10-4708FR 1 Boîtier, en particulier pour biopile L'invention concerne la microélectronique, et plus particulièrement des boîtiers capables par exemple, mais non exclusivement, d'être utilisés pour la réalisation de biopiles. Une biopile, connue également sous la dénomination anglosaxonne de « BioFuel Cell », est une pile à combustible qui utilise des enzymes ou des microorganismes tels que des bactéries, pour convertir en électricité une partie de l'énergie disponible dans un substrat biodégradable. D'une façon générale, une biopile comporte une électrode, formant anode, placée au contact d'enzymes assurant la transformation du substrat biodégradable, par exemple du glucose, notamment en électrons capturés par l'anode. La biopile comprend également une cathode au niveau de laquelle un accepteur d'électrons, par exemple de l'air, est réduit, par exemple en eau. Une différence de potentiel apparaît donc entre l'anode et la cathode lorsque celles-ci sont connectées à une charge. Il existe de nombreuses publications dans le domaine des biopiles. On peut citer notamment l'article de Philippe Cinquin et autres, intitulé « A Glucose BioFuel Cell Implanted in Rats », PLoS ONE/www.plosone.org, May 2010/volume 5/Issue 5/e10476, qui décrit la réalisation d'une biopile expérimentale implantée dans un rat. Cette biopile est capable de produire in vivo de l'électricité grâce au phénomène d'oxydoréduction mentionné ci avant, à partir de l'oxygène et du glucose présents dans les liquides physiologiques du rat. Deux poudres différentes sont respectivement utilisées au niveau de l'anode et de la cathode. On peut également citer l'article de Lewis Dartnell, intitulé « Sparks of Life » et disponible à l'adresse internet http://www.ucl.ac.uk/-ucbplyd/sparkspage.htm. Cet article décrit une biopile utilisant au niveau de l'anode des bactéries nommées Rhodoferax ferrireducens. I1 convient maintenant de proposer des solutions industriellement acceptables permettant notamment de diminuer la taille des implants et d'augmenter la puissance générée par ces biopiles. Selon un mode de réalisation, il est proposé un boîtier capable d'être utilisé notamment mais non exclusivement comme élément d'une biopile, qui soit industriellement réalisable, et compatible avec une implantation dans le corps humain. Selon un aspect, il est proposé un boîtier comprenant un corps comportant un premier élément en silicium et un deuxième élément en silicium poreux, au moins une première cavité ménagée au moins dans le silicium poreux, une première zone de contact électriquement conductrice et électriquement couplée à au moins une partie d'au moins une paroi interne de ladite au moins une première cavité, une deuxième zone de contact électriquement conductrice et électriquement couplée à une portion du boîtier s'étendant au moins dans le deuxième élément, différente des parois internes de ladite au moins une première cavité, les deux zones de contact étant mutuellement électriquement isolées. Selon une variante, le corps comprend en outre au moins une deuxième cavité ménagée au moins dans le silicium poreux, et ladite portion du boîtier différente des parois internes de ladite au moins une première cavité comprend au moins une partie d'au moins une paroi interne de ladite au moins une deuxième cavité. Selon une autre variante, ladite portion du boîtier comprend des pores du silicium poreux. En d'autres termes, selon cette autre variante, contrairement à la variante précédente, il n'est pas ménagé de deuxième cavité dans le silicium poreux. Quelle que soit la variante, selon un mode de réalisation, la première zone de contact est située au dessus d'une première face du premier élément du corps, et le corps comprend des premiers moyens de liaison électriquement conducteurs s'étendant à travers le premier élément depuis ladite première zone de contact jusqu'à ladite au moins une partie de ladite au moins une paroi interne de ladite au moins une première cavité. Bien que les moyens électriquement conducteurs puissent être formés par le silicium, il est préférable que les premiers moyens de liaison comprennent une première région formée d'un siliciure de métal, entourée d'une région isolante. Ceci permet d'éviter une oxydation, en particulier lorsque les moyens de liaison électriquement conducteurs sont en contact avec un produit actif liquide. Selon un mode de réalisation, ladite au moins une première cavité débouche sur la face libre du deuxième élément, opposée à ladite première face du premier élément. Selon un mode de réalisation, la deuxième zone de contact est située au dessus de ladite première face du premier élément du corps, et le corps comprend des deuxièmes moyens de liaison électriquement conducteurs s'étendant à travers ledit premier élément depuis ladite deuxième zone de contact jusqu'à ladite portion du boîtier. Là encore, il est préférable que ces deuxièmes moyens de liaison comprennent une deuxième région formée d'un siliciure de métal. Cette deuxième région est également préférentiellement entourée d'une région isolante. Dans la variante selon laquelle il est prévu au moins une deuxième cavité ménagée au moins dans le silicium poreux, cette deuxième cavité peut déboucher sur la face libre du deuxième élément opposée à ladite première face du premier élément. En d'autres termes, selon ce mode de réalisation, ladite au moins une première cavité et ladite au moins une deuxième cavité débouchent sur la même face libre du corps. I1 est également possible que ladite au moins une deuxième cavité débouche sur ladite première face dudit premier élément. En d'autres termes, selon ce mode de réalisation, ladite au moins une première cavité et ladite au moins une deuxième cavité débouchent sur deux faces opposées du corps. La taille des pores du silicium poreux est avantageusement de l'ordre de quelques nanomètres et le boîtier a, selon un mode de réalisation, une taille compatible avec une implantation dans le corps humain. Selon un autre aspect, il est proposé un dispositif, comprenant un boîtier tel que défini ci avant, un premier produit actif, par exemple une poudre enzymatique compactée, contenue dans ladite au moins une première cavité, un deuxième produit actif, par exemple une autre poudre enzymatique compactée, contenue dans ladite au moins une deuxième cavité, des premiers moyens d'obturation de ladite au moins une première cavité et des deuxièmes moyens d'obturation de ladite au moins une deuxième cavité. Lorsque le boîtier ne comporte pas de deuxième cavité, il est proposé un dispositif comprenant un boîtier tel que défini ci avant, un premier produit actif contenu dans ladite au moins une première cavité, et des premiers moyens d'obturation de ladite au moins une première cavité. L'un au moins des premiers et deuxièmes produits actifs comprend par exemple une poudre dont la taille des grains est supérieure à la taille des pores du silicium poreux. Le silicium poreux agit donc avantageusement comme une membrane. Selon un autre aspect, il est proposé une utilisation du dispositif tel que défini ci avant, comme biopile, lorsqu'un fluide actif, par exemple un liquide biologique, circule à travers le silicium poreux pour venir interagir avec le ou les produits actifs contenus dans ladite ou lesdites cavités, une différence de potentiel étant générée entre les deux zones de contact électriquement conductrices. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée de modes de réalisation, nullement limitatifs, et des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 illustre schématiquement un premier mode de réalisation d'un boîtier selon l'invention, - la figure 2 illustre schématiquement un premier mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention, - les figures 3 à 7 illustrent schématiquement un exemple de fabrication d'un boîtier selon l'invention, - les figures 8 à 9 illustrent schématiquement un deuxième mode de réalisation d'un boîtier selon l'invention, - la figure 10 illustre schématiquement un deuxième mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention, - la figure 11 illustre schématiquement un troisième mode de réalisation d'un boîtier selon l'invention, et - la figure 12 illustre schématiquement un troisième mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention. Sur la figure 1, la référence BT désigne un boîtier comprenant un corps 1. Ce corps 1 comprend un premier élément 10 en silicium et un deuxième élément 20 en silicium poreux. Les deux éléments 10 et 20 sont accolés l'un à l'autre. Une première cavité 31 est ménagée dans le deuxième élément 20 en silicium poreux et débouche sur la face libre F2 du deuxième élément. Une deuxième cavité 32 est ménagée dans le deuxième élément 20 en silicium poreux et débouche également sur la face libre F2 du deuxième élément. Au dessus de la première face F1 du premier élément 10, face F1 qui est ici opposée à la face libre F2 du deuxième élément, sont prévues une première zone de contact électriquement conductrice 41 et une deuxième zone de contact électriquement conductrice 42. La première zone de contact électriquement conductrice 41 est électriquement couplée à une partie 310 de la paroi interne de fond de la première cavité 31. De même, la deuxième zone de contact électriquement conductrice 42 est électriquement couplée ici à une partie 320 de la paroi interne de fond de la deuxième cavité 32. Cela étant, il est possible en variante que la ou les zones de contact électriquement conductrices soient électriquement couplées à plusieurs parois internes des cavités correspondantes. La première zone de contact électriquement conductrice 41 comprend ici un premier plot de contact métallique 412 tandis que la deuxième zone de contact électriquement conductrice 42 comprend un deuxième plot de contact métallique 422. Le corps 1 comprend également des premiers moyens de liaison électriquement conducteurs 410 s'étendant à travers le premier élément 10 depuis la première zone de contact 412 jusqu'à la partie 310 de la paroi interne de fond de la première cavité 31. Ces premiers moyens de liaison comportent ici une première région 410 formée d'un siliciure de métal, par exemple du siliciure de titane, entourée d'une région isolante 411. De même, les deuxièmes moyens de liaison électriquement conducteurs comprennent ici une deuxième région 420 également formée d'un siliciure de métal, par exemple également du siliciure de titane, entourée d'une région isolante 421. Le premier plot de contact 412 vient au contact de la première région siliciurée 410 à travers une ouverture ménagée dans une couche isolante 45, par exemple une couche de nitrure de silicium. De même, le deuxième plot de contact 422 vient au contact de la deuxième région siliciurée 420 au travers d'une autre ouverture de cette couche 45. Enfin, les parties supérieures des deux plots de contact 412 et 422 sont mutuellement isolées par une couche isolante 43, par exemple du dioxyde de silicium. Les deux zones de contact 41 et 42 sont par conséquent mutuellement électriquement isolées. Les dimensions du boîtier BT sont, dans cet exemple de réalisation, avantageusement choisies de façon à ce que le boîtier BT puisse être aisément implanté dans le corps humain. A titre d'exemple non limitatif, la longueur L du boîtier BT est de l'ordre de quelques millimètres, par exemple entre 1 et 20 mm tandis que la hauteur H du boîtier est de l'ordre de quelques micromètres, par exemple entre 100 et 750 micromètres et que la profondeur P (largeur) du boîtier BT est de l'ordre quelques millimètres, par exemple entre 1 et 20 mm. Par ailleurs, la taille des pores du silicium poreux est, dans cet exemple de réalisation, de l'ordre de quelques nanomètres, typiquement de 2 à 3 nanomètres. Bien entendu, bien que le boîtier ait été représenté ici de forme parallélépipédique, sa forme pourrait être quelconque, par exemple cylindrique. Sur la figure 2, la référence DIS désigne un dispositif pouvant être utilisé comme pile. Plus précisément, dans l'exemple décrit ici, la première cavité 31 est remplie d'un premier produit actif PAl, par exemple un produit sous forme de poudre compactée, tandis que la deuxième cavité est remplie d'un deuxième produit actif PA2, par exemple également une poudre compactée. Un moyen d'obturation 5, comme par exemple une plaque de silicium ou une plaque de verre, est collé sur la face F2 du boîtier par tous moyens connus. Un fluide actif LQA, ou électrolyte, peut alors circuler à travers le silicium poreux en pénétrant dans le dispositif par toutes les faces libres du deuxième élément 20 en silicium poreux, pour venir réagir avec les produits actifs PAl et PA2. Le fluide actif LQA peut également s'échapper à travers d'autres faces libres du silicium poreux. Bien entendu, la taille des grains des poudres PAl et PA2 ainsi que la dimension des pores du silicium poreux, sont ajustées de façon à ce que les produits actifs PAl et PA2 ne s'échappent pas des cavités 31 et 32, tout en pouvant réagir avec le fluide actif LQA. En d'autres termes la taille des pores du silicium poreux peut être plus importante que 2 ou 3 nanomètres si la taille des grains des poudres le permet. Par ailleurs, la première région siliciurée 410 est en contact avec le produit actif PAl tandis que la deuxième région siliciurée 420 est en contact avec le produit actif PA2. La première zone de contact électriquement conductrice 41 forme alors par exemple l'anode AN de la pile, tandis que la deuxième zone de contact 42 forme par exemple la cathode CT de la pile. De par l'interaction entre les produits actifs PAl, PA2, au contact des régions siliciurées 410 et 420, avec le liquide actif LQA, un courant peut circuler entre l'anode et la cathode et par conséquent une différence de tension V est disponible aux bornes 41 et 42 du dispositif. Lorsque le boîtier a une taille telle qu'il puisse être implanté dans le corps humain, le dispositif DIS peut alors être utilisé comme biopile. On peut alors, à titre d'exemple, utiliser comme produits actifs PAl et PA2 et comme liquide LQA, ceux décrits dans l'article de Philippe Cinquin précité. D'une façon générale, un boîtier BT peut être réalisé aisément en utilisant des techniques classiques et connues en soi, utilisées en microélectronique pour la fabrication de circuits intégrés. Généralement, plusieurs boîtiers BT sont réalisés simultanément à partir d'une même plaque de silicium. Puis, après réalisation complète des constituants du boîtier, la plaque est découpée de façon à individualiser les boîtiers obtenus. Les boîtiers peuvent être par exemple réalisés avec une technologie 0,35 micron, sur des plaques semiconductrices ou « wafers » de 200 mm de diamètre, ou bien dans des plaques de 300 mm de diamètre avec une technologie CMOS avancée. On va maintenant se référer plus particulièrement aux figures 3 à 7 pour illustrer un exemple de réalisation d'un boîtier tel que celui illustré sur la figure 1. Pour des raisons de simplification, on ne décrira ici que la réalisation d'un seul boîtier. Dans une première étape, illustrée sur la figure 3, on forme dans le substrat de silicium, du silicium poreux. Comme il est bien connu de l'homme du métier, le silicium poreux est obtenu par anodisation électrochimique de silicium massif dans une solution d'acide fluorhydrique (HF). L'homme du métier saura ajuster les paramètres de l'électrochimie de façon à obtenir la hauteur souhaitée pour le silicium poreux et la taille souhaitée pour les pores. A titre d'exemple, du silicium poreux ayant une taille de pores de l'ordre de quelques nanomètres, par exemple de 1 à 3 nanomètres, peut être obtenu en utilisant du silicium dopé de type P anodisé à une densité de courant 20 mA/cm2 dans une solution à 35% d'acide fluorhydrique. Après cette anodisation électrochimique, on obtient la structure illustrée sur la figure 3 comportant le premier élément 10 en silicium, ayant par exemple une hauteur inférieure à 10 microns, et le deuxième élément 20 en silicium poreux, ayant une épaisseur de l'ordre de 740 microns pour une hauteur totale des deux éléments de l'ordre de 750 micromètres. Le dopage du silicium intrinsèque est par exemple de 10'5 atomes/cm3. Des valeurs de dopage plus élevées (supérieures à 10" atomes/cm3) peuvent aussi être utilisées. On forme ensuite, comme illustré sur les figures 4 et 5, les tranchées isolantes 411 et 421 en utilisant un masque de gravure classique, non représenté ici. Pour la réalisation de ces tranchées, on peut utiliser une technique identique à celle utilisée en microélectronique pour la formation de vias traversant un substrat, communément désignés par l'homme du métier sous l'acronyme anglosaxon de « TSV » (« Through-Silicon Vias »). On forma par exemple des tranchées ayant une profondeur de l'ordre de 3 à 10 microns, que l'on remplit d'un matériau isolant, par exemple du dioxyde de silicium. Puis, comme illustré sur la figure 6, on définit un masque pour la formation des zones siliciurées 410 et 420. Ce masque peut être formé d'une couche isolante, par exemple du nitrure de silicium dont les ouvertures correspondent à l'espace interne délimité par les tranchées isolantes 411 et 421. Puis, on procède de façon classique à la siliciuration du silicium et du silicium poreux à travers le masque 45, de façon à obtenir les régions siliciurées 410 et 420. On réalise ensuite, comme illustré sur la figure 7, la réalisation des cavités 31 et 32 en utilisant par exemple une gravure chimique par plasma utilisant un composé fluorocarboné (par exemple SF6 CF4) de façon à obtenir des cavités de profondeur et de largeur voulues. A titre d'exemple, la profondeur des cavités peut être de l'ordre de 740 microns ou plus, tandis que la largeur peut être de l'ordre de 80 microns. Les parois de fond des deux cavités 31 et 32 formées ici dans le silicium poreux, viennent par conséquent en contact avec les zones siliciurées au niveau des parties 310 et 320 de ces parois de fond. I1 convient de noter ici que l'opération de gravure peut graver une partie des régions isolantes 411 et de la région siliciurée 410. I1 serait également possible de par l'opération de gravure que l'une au moins des cavités s'étende jusque dans le silicium. On réalise ensuite, de façon classique, les plots de contact 412 et 422 par dépôt de métal dans les orifices de la couche isolante 43 (figure 1). La figure 8 illustre un autre mode de réalisation du boîtier BT dans lequel les deux cavités 31 et 32 débouchent sur les deux faces opposées Fl et F2 du corps. Plus précisément, la première cavité 31 débouche sur la face arrière F2 tandis que la deuxième cavité 32 débouche sur la face avant F1. Par ailleurs, la deuxième région siliciurée 420 s'étend latéralement à la cavité 32 (figure 8 et figure 9) de façon à venir au contact d'une partie de la paroi interne latérale de cette cavité 32. Par ailleurs, comme illustré sur la figure 9, la région siliciurée 420 déborde de la cavité 32 de façon à ce que le plot de contact 422 puisse venir contacter cette région siliciurée 420 tout en permettant, comme illustré sur la figure 10, l'application d'un couvercle 52, de façon à venir obturer la cavité 32 après remplissage de celle-ci par le deuxième produit actif PA2. Le dispositif DIS de la figure 10 comprend également en face arrière un couvercle 51 venant obturer la première cavité 31 après remplissage de celle-ci par le premier produit actif PAl. Là encore, les couvercles 51 et 52 peuvent être par exemple des couvercles en silicium ou en verre. Le dispositif DIS peut également être utilisé comme pile voire comme biopile, en utilisant là encore le premier contact 412 comme anode AN et le deuxième contact 422 comme cathode CT. Bien entendu, que ce soit dans le mode de réalisation de la figure 1 ou le mode de réalisation de la figure 9, la taille des cavités peut être différente. Ainsi, on peut prévoir une cavité plus importante du côté anode que du côté cathode, voire plusieurs premières cavités électriquement reliées ensemble du côté anode. La figure 11 illustre un autre mode de réalisation du boîtier BT comportant une seule cavité 31, ou à la rigueur un ensemble de plusieurs cavités 31 reliées ensemble. Dans l'exemple illustré sur la figure 11, une seule cavité 31 est illustrée. On retrouve pour cette partie du boîtier BT une structure analogue à celle qui a été décrite en référence aux figures précédentes. Par contre, il n'est pas prévu de deuxième cavité au contact de la deuxième région siliciurée 420. Dans ce mode de réalisation, la deuxième région siliciurée 420 débouche directement dans des pores 322 du silicium poreux. Le boîtier BT de la figure 11 peut également être utilisé comme constituant d'un dispositif DIS pouvant former une pile voire une biopile. Plus précisément, comme illustré sur la figure 12, cette fois-ci, seul un produit actif PAl, par exemple sous forme de poudre, est logé dans la cavité 31. Puis, d'une façon analogue à ce qui a été décrit ci avant, un couvercle 5 est collé sur la face arrière de façon à obturer la cavité. Le fluide actif LQA vient d'une part, interagir avec la région siliciurée 420 et d'autre part, avec le produit actif PAl lui-même au contact de la région siliciurée 410. Le premier contact électrique électriquement couplé au produit actif PAl forme par exemple l'anode AN tandis que le deuxième contact électriquement couplé au fluide actif circulant dans le silicium poreux forme la cathode CT de la pile. Le dispositif peut également être utilisé en tant que biopile en utilisant un produit actif PA1 et un fluide actif LQA appropriés, par exemple ceux décrits dans l'article intitulé « Sparks of Life » précité. Lorsque les dispositifs qui viennent d'être décrits sont destinés à être utilisés comme biopiles, on peut par exemple les loger dans une poche ou une enveloppe appropriée elle-même implantée dans le corps humain, d'une façon analogue à ce qui a été décrit dans l'article de P. Cinquin précité. REVENDICATIONS1. Boîtier, comprenant un corps (1) comportant un premier élément (10) en silicium et un deuxième élément (20) en silicium poreux, au moins une première cavité (31) ménagée au moins dans le silicium poreux, une première zone de contact électriquement conductrice (41) et électriquement couplée à au moins une partie (310) d'au moins une paroi interne de ladite au moins une première cavité (31), une deuxième zone de contact électriquement conductrice (42) et électriquement couplée à une portion (320) du boîtier s'étendant au moins dans ledit deuxième élément (20) et différente des parois internes de ladite au moins une première cavité (31), les deux zones de contact (41, 42) étant mutuellement électriquement isolées. 2. Boîtier selon la revendication 1, dans lequel la première zone de contact (41) est située au dessus d'une première face (Fl) du premier élément (10) du corps, et le corps comprend des premiers moyens de liaison électriquement conducteurs (410) s'étendant à travers le premier élément (10) depuis ladite première zone de contact (41) jusqu'à ladite au moins une partie (310) de ladite au moins une paroi interne de ladite au moins une première cavité. 3. Boîtier selon la revendication 2, dans lequel les premiers moyens de liaison comprennent une première région (410) formée d'un siliciure de métal entourée d'une région isolante (411). 4. Boîtier selon la revendication 2 ou 3, dans lequel ladite au moins une première cavité (31) débouche sur la face libre (F2) du deuxième élément (20), opposée à ladite première face (F1) du premier élément (10). 5. Boîtier selon l'une des revendications 2 à 4, dans lequel la deuxième zone de contact (42) est située au dessus de ladite première face (Fl) du premier élément du corps, et le corps comprend des deuxièmes moyens de liaison électriquement conducteurs (420) s'étendant à travers ledit premier élément (10) depuis ladite deuxième zone de contact (42) jusqu'à ladite portion (320) du boîtier. 6. Boîtier selon la revendication 5, dans lequel les deuxièmes moyens de liaison comprennent une deuxième région (420) formée d'un siliciure de métal. 7. Boîtier selon la revendication 6, dans lequel ladite deuxième région (420) est entourée d'une région isolante (421). 8. Boîtier selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la taille des pores du silicium poreux est de l'ordre de quelques nanomètres. 9. Boîtier selon l'une des revendications précédentes, ayant une taille compatible avec une implantation du boîtier dans le corps humain. 10. Boîtier selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le corps comprend en outre au moins une deuxième cavité (32) ménagée au moins dans le silicium poreux et ladite portion (320) du boîtier comprend au moins une partie d'au moins une paroi interne de ladite au moins une deuxième cavité (32). 11. Boîtier selon les revendications 2 et 10, dans lequel ladite au moins une deuxième cavité (32) débouche sur la face libre (F2) du deuxième élément opposée à ladite première face dudit premier élément. 12. Boîtier selon les revendications 2 et 10, dans lequel ladite au moins une deuxième cavité (32) débouche sur ladite première face (F l) dudit premier élément. 13. Boîtier selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel ladite portion (320) du boîtier comprend des pores du silicium poreux. 14. Dispositif, comprenant un boîtier selon l'une des revendications 10 à 12, un premier produit actif (PAl) contenu dans ladite au moins une première cavité (31), un deuxième produit actif (PA2) contenu dans ladite au moins une deuxième cavité (32), des premiers moyens d'obturation (5) de ladite au moins une première cavité, et des deuxièmes moyens d'obturation de ladite au moins une deuxième cavité. 15. Dispositif, comprenant un boîtier selon la revendication 13, un premier produit actif (PAl) contenu dans ladite au moins unepremière cavité, et des premiers moyens d'obturation (5) de ladite au moins une première cavité. 16. Dispositif selon la revendication 14 ou 15, dans lequel l'un au moins des premier et deuxième produits actifs (PAl, PA2) comprend une poudre dont la taille des grains est supérieure à la taille des pores du silicium poreux. 17. Utilisation du dispositif selon l'une des revendications 14 à 16, comme biopile lorsque qu'un fluide actif (LQA) circule à travers le silicium poreux pour venir interagir avec le ou les produits actifs contenus dans ladite ou lesdites cavités, une différence de potentiel (V) étant générée entre les deux zones de contact électriquement conductrices.