Brevet FR3123344A1 — publié le 20221202

Titre : Microsystème électromécanique L’invention concerne un microsystème électromécanique 1 comprenant deux transducteurs électromécaniques 11a et 11b, une première membrane déformable 12 et une cavité 13 contenant hermétiquement un milieu déformable 14 conservant un volume constant sous l’action d’un changement de pression externe. La première membrane forme au moins une partie d’une première paroi de la cavité et présente une zone libre 121a de se déformer. La zone libre coopère avec un organe externe 2 de sorte que sa déformation induise, ou soit induite par, un mouvement de l’organe externe. Les transducteurs électromécaniques sont configurés de sorte que : un premier transducteur électromécanique 11a forme une partie de ladite première paroi 131 de la cavité, et un deuxième transducteur électromécanique 11b forme au moins une partie de la paroi 132 opposée à ladite première paroi 131 de la cavité. Figure pour l’abrégé : Fig. 1A Microsystème électromécanique La présente invention concerne le domaine des microsystèmes électromécaniques. Elle trouve par exemple pour application particulièrement avantageuse l’actionnement ou le déplacement d’objets, y compris sur des distances relativement grandes. L’invention trouve également pour application le domaine de la détection par contact. Elle pourra ainsi être mise en œuvre pour réaliser des capteurs. ÉTAT DE LA TECHNIQUE Dans des applications variées, on peut avoir besoin de déplacer des objets microscopiques, voire nanoscopiques, et/ou avoir besoin de capter des mouvements de tels objets. Il existe des microsystèmes qui permettent cela. Lorsque ces microsystèmes sont des actionneurs, leurs performances sont évaluées notamment sur les paramètres suivants: l’amplitude du déplacement, la force déployée et la précision du déplacement généré. Lorsque ces microsystèmes sont des capteurs, leurs performances sont évaluées notamment sur leur capacité à capter un mouvement, en particulier sur une amplitude importante. Par ailleurs, que les microsystèmes soient des actionneurs ou des capteurs, on recherche à ce qu’ils offrent de bonnes performances en termes d’encombrement, de consommation énergétique et de capacité à travailler en fréquence. Toutes les solutions connues présentent des performances faibles pour l’un au moins de ces paramètres. Généralement, les microsystèmes existants présentent des performances trop peu satisfaisantes pour une combinaison de ces paramètres. Un objet de la présente invention est de proposer un microsystème électromécanique qui présente des performances améliorées par rapport aux solutions existantes, au moins pour l’un des paramètres mentionnés ci-dessus, ou qui présente un meilleur compromis concernant au moins deux des paramètres susmentionnés. Un objet de la présente invention est de proposer un microsystème électromécanique permettant un double actionnement. Les autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à l'examen de la description suivante et des dessins d'accompagnement. Il est entendu que d'autres avantages peuvent être incorporés. RÉSUMÉ Pour atteindre cet objectif, selon un mode de réalisation, on prévoit un microsystème électromécanique comprenant : au moins deux transducteurs électromécaniques comprenant chacun une partie mobile entre une position d’équilibre, hors sollicitation, et une position hors équilibre, sous sollicitation, une première membrane déformable, une cavité déformable constituée de parois configurées pour contenir hermétiquement un milieu déformable propre à conserver un volume sensiblement constant sous l’action d’un changement de pression externe. Au moins une partie de la première membrane déformable forme au moins une partie d’une première paroi prises parmi lesdites parois de la cavité. La partie mobile de chaque transducteur électromécanique est configurée de sorte que son mouvement soit fonction dudit changement de pression externe et inversement. Ladite au moins une partie de la première membrane déformable présente au moins une zone libre de se déformer, de préférence de façon élastique, en fonction dudit changement de pression externe. Un premier transducteur électromécanique forme une partie de ladite première paroi de la cavité, et un deuxième transducteur électromécanique forme au moins une partie de la paroi opposée à ladite première paroi de la cavité. Selon des exemples alternatifs : la zone libre de la première membrane est configurée pour coopérer avec au moins un organe externe de sorte que sa déformation induise, ou soit induite par, un mouvement de l’organe externe, ou la zone libre de la première membrane est configurée pour former une paroi d’une deuxième cavité s’étendant depuis la première cavité de sorte que sa déformation induise une surpression ou une dépression dans la deuxième cavité, lorsque celle-ci est obstruée par un organe externe. Les principaux avantages du microsystème tel qu’introduit ci-dessus sont discutés ci-dessous dans le contexte d’un déplacement d’un organe externe. Il est entendu que de tels avantages peuvent également être énoncés dans le contexte du maintien ou de la libération d’un organe externe depuis la deuxième cavité susmentionnée. La solution proposée permet au microsystème électromécanique de former un actionneur permettant un double actionnement, et plus particulièrement un actionnement sur chacune de deux faces opposées du microsystème électromécanique, et ce en présentant, de façon aisément modulable en fonction des applications visées, une capacité suffisante en termes d’amplitude de déplacement et/ou une capacité suffisante en termes de force déployée et/ou une capacité de captation de mouvement, en particulier sur une grande amplitude, et/ou une capacité suffisante à travailler en fréquence et/ou une taille compatible avec les applications visées, et/ou une consommation en énergie réduite. La solution proposée permet en outre au microsystème électromécanique de former un actionneur dit à grand débattement, c’est-à-dire autorisant typiquement le déplacement de l’organe externe sur une longueur de course d’au moins 30 µm, voire de 100 µm (10 -6 mètres). De même, la solution proposée permet au microsystème électromécanique de former un capteur dit à grand débattement, autorisant typiquement à capter un déplacement dont l’amplitude est d’au moins 30 µm, voire de 100 µm (10 -6 mètres). Selon un exemple, la partie mobile de chaque transducteur électromécanique est de préférence configurée de sorte que sa sollicitation ou une augmentation de pression externe induise son mouvement vers l’extérieur de la cavité, et plus particulièrement à l’opposé d’au moins une paroi de la cavité différente de, de préférence opposée à, la première paroi. En alternative à l’exemple précédent, la partie mobile de chaque transducteur électromécanique est de préférence configurée de sorte que sa sollicitation ou une diminution de pression externe induise son mouvement vers l’intérieur de la cavité et plus particulièrement en direction d’au moins une paroi de la cavité différente de, de préférence opposée à, la première paroi. La solution proposée selon l’une et l’autre des préférences alternatives ci-dessus permet au microsystème électromécanique de former un actionneur permettant un actionnement sensiblement doublé, et plus particulièrement d’une amplitude sensiblement doublée. Selon un exemple, le microsystème peut comprendre en outre une deuxième membrane déformable dont au moins une partie forme au moins une partie d’une paroi opposée à ladite première paroi de la cavité, ladite au moins une partie de la deuxième membrane déformable présentant au moins une zone libre de se déformer, de préférence de façon élastique, en fonction dudit changement de pression externe. La solution proposée selon l’exemple précédent permet au microsystème électromécanique de former un double actionneur permettant un actionnement sur deux faces opposées du microsystème électromécanique. Un autre aspect de l’invention concerne un système ou un microsystème opto-électro-mécanique comprenant au moins un microsystème électromécanique tel qu’introduit ci-dessus et au moins un microsystème optique. Un autre aspect de l’invention concerne un procédé de fabrication d’un microsystème électromécanique tel qu’introduit ci-dessus, comprenant, voire étant limité à, des étapes de dépôt et de gravure ordinaires en microélectronique. Le microsystème électromécanique peut en effet être fabriqué par des moyens ordinaires de la microélectronique, ce qui confère à son fabricant tous les avantages découlant de l’utilisation de ces moyens, dont une grande latitude en termes de dimensionnement, d’énergie d’adhésion entre les différents dépôts, d’épaisseur des différents dépôts, d’étendue de gravure, etc. Selon un exemple le procédé de fabrication du microsystème électromécanique comprend les étapes suivantes : une étape de formation, sur un premier substrat, d’une portion au moins du premier transducteur électromécanique et de la première membrane déformable, et une étape de formation, sur un second substrat, d’une portion au moins du deuxième transducteur électromécanique, puis une étape de formation d’une cavité ouverte sur la première membrane déformable par report du second substrat sur le premier substrat, puis une étape de remplissage avec le milieu déformable et de fermeture de la cavité, et une étape de gravure des premier et second substrats pour former, respectivement, une face avant (FAV) et une face arrière (FAR) du microsystème électromécanique. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront mieux de la description détaillée d’un mode de réalisation de cette dernière qui est illustré par les dessins d’accompagnement suivants dans lesquels : La est un schéma de principe d’une vue en coupe ou d’une coupe d’un microsystème électromécanique selon un premier mode de réalisation de l’invention. La est un schéma de principe d’une vue en coupe d’un microsystème électromécanique selon un deuxième mode de réalisation de l’invention. La est un schéma de principe d’une vue en coupe ou d’une coupe d’un microsystème électromécanique selon un troisième mode de réalisation de l’invention. La représente schématiquement une vue en coupe ou d’une coupe d’un microsystème électromécanique selon le premier mode de réalisation de l’invention. La représente schématiquement une vue en coupe ou d’une coupe d’un microsystème électromécanique selon le deuxième mode de réalisation de l’invention. Les figures 3 à 6 représentent schématiquement une vue en coupe ou d’une coupe du microsystème électromécanique selon les premier et deuxième modes de réalisation de l’invention à différentes étapes du début de leur procédé de fabrication. Les figures 7A à 10A représentent schématiquement une vue en coupe ou d’une coupe du microsystème électromécanique selon le premier mode de réalisation de l’invention à différentes étapes de la fin de son procédé de fabrication. Les figures 7B à 10B représentent schématiquement une vue en coupe ou d’une coupe du microsystème électromécanique selon le deuxième mode de réalisation de l’invention à différentes étapes de la fin de son procédé de fabrication. Les figures 11A et 11B représentent chacune schématiquement un microsystème opto-électro-mécanique selon un mode de réalisation de l’invention. Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l’invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier, les épaisseurs des différentes couches, parois et organes illustrés ne sont pas nécessairement représentatives de la réalité. Microsystème électromécanique (1) comprenant : au moins deux transducteurs électromécaniques (11a et 11b) comprenant chacun une partie mobile (111a, 111b) entre une position d’équilibre, hors sollicitation, et une position hors équilibre, sous sollicitation, une première membrane déformable (12a), une cavité (13) déformable, constituée de parois (131, 132, 133), les parois étant configurées pour contenir hermétiquement un milieu déformable (14) propre à conserver un volume sensiblement constant sous l’action d’un changement de pression externe, Microsystème électromécanique (1) selon la revendication précédente, dans lequel au moins une partie de la première membrane déformable (12a) forme au moins une partie d’une première paroi (131) prises parmi lesdites parois (131, 132, 133) de la cavité (13), dans lequel la partie mobile (111a, 111b) de chaque transducteur électromécanique (11a, 11b) est configurée de sorte que son mouvement soit fonction dudit changement de pression externe et inversement, et dans lequel ladite au moins une partie de la première membrane déformable (12a) présente au moins une zone libre (121a) de se déformer en fonction dudit changement de pression externe, le microsystème électromécanique (1) étant en outre tel que : un premier transducteur électromécanique (11a) forme une partie de ladite première paroi (131) de la cavité (13), et un deuxième transducteur électromécanique (11b) forme au moins une partie de la paroi (132) opposée à ladite première paroi (131) de la cavité (13). Microsystème électromécanique (1) selon la revendication précédente, dans lequel la partie mobile (111a, 111b) de chaque transducteur électromécanique (11a, 11b) est configurée de sorte que sa sollicitation ou une augmentation de pression externe induise son mouvement vers l’extérieur de la cavité (13), ou la partie mobile (111a, 111b) de chaque transducteur électromécanique (11a, 11b) est configurée de sorte que sa sollicitation ou une diminution de pression externe induise son mouvement vers l’intérieur de la cavité (13). Microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier transducteur électromécanique (11a) s’étend sur la première membrane déformable (12a). Microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier transducteur électromécanique (11a) s’étend autour de la zone libre (121a) de la première membrane déformable (12a). Microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le premier transducteur électromécanique (11a) s’étend dans une zone pleine disjointe de la zone libre (121a) de la première membrane déformable (12a). Microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une deuxième membrane déformable (12b) dont au moins une partie forme au moins une partie de la paroi (132) opposée à ladite première paroi (131) de la cavité (13) et dans lequel ladite au moins une partie de la deuxième membrane déformable (12b) présente au moins une zone libre (121b) de se déformer en fonction dudit changement de pression externe. Microsystème électromécanique (1) selon la revendication précédente, dans lequel le deuxième transducteur électromécanique (11b) s’étend sur la deuxième membrane déformable (12b). Microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des deux revendications précédentes, dans lequel le deuxième transducteur électromécanique (11b) s’étend autour de la zone libre (121b) de la deuxième membrane déformable (12b). Microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des revendications 7 et 8, dans lequel le deuxième transducteur électromécanique (11b) s’étend dans une zone pleine disjointe de la zone libre (121b) de la deuxième membrane déformable (12b). Microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la zone libre (121a, 121b) de chaque membrane déformable (12a, 12b) est configurée pour coopérer avec au moins un organe externe (2) via au moins un pion (122a, 122b) fixé sur ladite zone libre (121a, 121b), de préférence au contact d’une face externe de ladite zone libre (121a, 121b). Microsystème électromécanique (1) selon la revendication précédente, dans lequel le pion (122a, 122b) est fixé au centre de la zone libre (121a, 121b) de la membrane déformable (12a, 12b) sur laquelle il est fixé. Microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque membrane déformable (12a, 12b) est configurée de sorte que sa zone libre (121a, 121b) est capable de se déformer avec une amplitude d’au moins 50 µm, voire d’environ 100 µm, selon une direction perpendiculaire au plan dans lequel elle s’étend principalement lorsqu’elle est au repos . Microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la partie mobile (111a, 111b) de chaque transducteur électromécanique (11a, 11b) présente une surface au moins deux fois supérieure à une surface de la zone libre (121a, 121b) d’au moins une membrane déformable (12a, 12b). Système opto-électro-mécanique (3) comprenant au moins un microsystème électromécanique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes et au moins un microsystème optique (31), dans lequel ledit au moins un microsystème optique (31) comprend au moins un miroir, de préférence à base de silicium, le système opto-électro-mécanique (3) étant configuré de sorte à ce que le mouvement de la partie mobile (111a, 111b) de chaque transducteur électromécanique (11a, 11b) provoque un déplacement, un maintien ou une libération de l'au moins un miroir.