INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Comme illustré sur la , le module 13 inclut également une puce 21, dite « puce de contrôle », de référence LDO MIC5504, entre le microcontrôleur 31 et l’organe de recherche 22. Elle est connectée au microcontrôleur 31 via une broche qu’on appellera « broche de contrôle ». Cette puce 21 est également connectée à la batterie 12. C’est elle qui alimente l’organe de recherche 22 quand c’est nécessaire. Elle permet alternativement de mettre en état de veille l’organe 22 de recherche de façon à optimiser sa consommation.
Ainsi, sur activation, par le microcontrôleur 31, de la broche de contrôle de la puce de contrôle 21, la puce 21 active la recherche, par l’organe 22 de recherche de données, de données de localisation géographique du dispositif 1 et d’éphémérides. On considère alors que le module 13 est à l’état de fonctionnement nominal. Puis, sur désactivation, par le microcontrôleur 31, de la broche de contrôle de la puce 21 de contrôle, la puce 21 stoppe la recherche par l’organe de recherche 22. On considère alors que le module 13 passe à un état de veille. À l’état de veille du module 13 de géolocalisation, la connexion de l’organe 22 à la batterie 12, par l’intermédiaire de la broche de sauvegarde connectée à la puce 19, permet la sauvegarde, par l’organe de recherche, des données de localisation géographique et des données d’éphémérides.
On va maintenant décrire, en référence à la , un procédé 100 de commande du dispositif 1 de surveillance décrit précédemment. On considère que le dispositif 1 est porté par le bovin 5. Le procédé est une boucle, d’environ 251 secondes, qui se répète.
À l’étape 10 démarre une période que l’on appellera dans la suite « période préalable ». Durant cette période, le microcontrôleur 31, le thermomètre 8, le module de géolocalisation 13, le module de communication 15, sont en état de veille. Cependant, même en état de veille, le microcontrôleur 31 est mis en état de fonctionnement nominal par pic, à intervalles prédéterminés de quatre secondes. Cet intervalle correspond à un pas d’éveil, il fait office d’horloge interne du microcontrôleur 31. Toutes les 28 secondes, c’est-à-dire tous les 7 éveils du microcontrôleur, le module 14 est réveillé par le microcontrôleur 31 et réalise une mesure d’angle, de manière à déterminer une position angulaire de la tête du bovin 5. Ces mesures sont des mesures de « Roll and Pitch ». Elles sont répétées huit fois. Ainsi, une description de mouvement de l’animal est obtenue par le microcontrôleur 31 à l’issue de cette période préalable. Par « description du mouvement », on désigne soit les données angulaires brutes, soit des données déduites, par le module 14 ou le microcontrôleur 31, des positions angulaires du mouvement pour décrire un mouvement de l’animal. Il s’agit en particulier de pouvoir en conclure un éventuel comportement spécifique de l’animal, tel qu’une rumination, un repos, ou autre. Entre chaque mesure d’angle, le module 14 est remis en état de veille. Une fois ces huit mesures réalisées, on passe à l’étape suivante. La période préalable a alors duré environ 224 secondes.
À l’étape 20, la période préalable est terminée. Le microcontrôleur 31 est remis en état de fonctionnement nominal. Il détermine un niveau de charge de la batterie 12 et un niveau d’ensoleillement du module photovoltaïque 6 grâce aux modules 18 décrits plus haut. Cette étape prend environ 5 millisecondes.
À l’étape 30, le thermomètre 8 est mis en état de fonctionnement nominal et détermine, sur commande du microcontrôleur 31, une température de l’animal 5. Cette étape prend environ 170 millisecondes. Le thermomètre est remis en état de veille ensuite.
À l’étape 40, le module de géolocalisation 13 est mis en état de fonctionnement nominal par le microcontrôleur 31. Il détermine une localisation du dispositif. Comme on l’a évoqué plus haut, la puce 21 déclenche la recherche par l’organe 22 d’une position géographique et d’informations d’éphémérides. Pendant cette étape de recherche, le microcontrôleur est remis en état de veille. En effet, cette étape de recherche peut durer longtemps, une dizaine de secondes en moyenne. La mise en veille du microcontrôleur 31 durant cette étape permet une économie d’énergie. Lorsque les informations sont obtenues par l’organe de recherche 13, le microcontrôleur 31 est remis en état de fonctionnement nominal.
Si une communication avec un récepteur a déjà été établie auparavant, le module le module de communication 15 est mis en état de fonctionnement nominal par le microcontrôleur 31 et passe directement de l’étape 40 à l’étape 60.
À l’étape 50, le module de communication 15 est mis en état de fonctionnement nominal par le microcontrôleur 31 et tente de détecter un récepteur à distance. À cet effet, il envoie, par ondes radio, un premier signal de recherche de récepteur, présentant un facteur de propagation (« spreading factor » en anglais), appelé « SF7 », de type BW125kHz, pendant 20 secondes. Si un réseau est alors joint, il passe à l’étape 60. Sinon, le facteur de propagation est augmenté, passant à « SF9 », pendant 40 secondes. De nouveau, en cas d’absence de réception, un signal de recherche est envoyé pendant 60 secondes, cette fois avec un facteur de propagation SF12. Enfin, en cas d’absence de réception, le module 14 est remis en état de veille pendant jusqu’à la fin de la boucle suivante. De cette manière, la tentative de connexion est d’abord plus rapide et moins consommatrice d’énergie, avant d’augmenter en consommation d’énergie et de diminuer en rapidité en cas d’absence de réponse.
L’étape 60 a lieu en cas de signal reçu de la part d’un récepteur, confirmant la présence d’un réseau, ou si une communication avait déjà été confirmée lors d’une recherche de signal précédente. Le module de communication 15 communique alors l’ensemble des données reçues au récepteur au moyen d’un signal de type SF12. Il est à noter que le protocoleLoRaWAN prévoit, par défaut, une montée en puissance du facteur de propagation, de la même manière que pour la recherche d’un récepteur, mais le collier est ici configuré pour fixer l’émission du signal à SF12. Une telle communication est particulièrement adaptée à des dispositifs mobiles, tandis qu’une montée en puissance est plutôt adaptée à des dispositifs fixes. Ces données transmises sont donc la description de mouvement, le niveau de charge, le niveau d’ensoleillement, la température, et la localisation déterminées. Cette communication dure entre deux et trois secondes.
Les étapes 50 et 60 de communication se sont selon la technologie LoRa, en particulier conformément au protocole LoraWAN. Il est à noter que ce protocole permet de communiquer sur les bandes ISM (pour « industriel, scientifique et médicale ») libres. Cependant, pour respecter la règlementation dite du « duty cycle de 1% » (ou « rapport cyclique de 1% » en français), qui impose une limitation à 1% maximal l’usage de ces bandes sur une période temporelle déterminée, il est nécessaire de limiter les communications. Les périodes de fonctionnement décrites, et en particulier l’envoi de données uniquement toutes les 251 secondes environ, permettent de respecter cette règlementation.
DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION Un premier objet de l’invention concerne une structure multicouche de type semi-conducteur sur isolant qui présente une résistance particulière à la propagation de dislocations et minimise ainsi la formation de lignes de glissement lors de traitements thermiques de « back-end ». En outre, la résistivité électrique du substrat support de ladite structure multicouche est stable lors desdits traitements thermiques. A titre d’exemple, la structure multicouche conforme à l’invention peut présenter des longueurs de grilles inférieures à 65 nm, par exemple de l’ordre de 22 nm, tout en ne développant pas ou peu de lignes de glissement lorsqu’on lui applique une température de l’ordre de 450 °C pendant une heure. En outre, le substrat support de la structure multicouche peut présenter une résistivité électrique cible comprise entre 500 Ohm.cm et 5000 Ohm.cm tout en demeurant stable. La structure multicouche de type semi-conducteur sur isolant objet de l’invention trouve une application par exemple dans le domaine des radiofréquences pour lequel des substrats supports hautement résistifs trouvent un intérêt particulier.
La illustre un mode de réalisation d’une telle structure multicouche 1 selon l’invention. La structure multicouche 1 comprend successivement, depuis une face arrière vers une face avant de la structure, un substrat support 2, une couche électriquement isolante 3 et une couche semi-conductrice 4.
Le substrat support 2 de la structure multicouche 1 est en un matériau semi-conducteur hautement résistif. La résistivité électrique du substrat support est supérieure ou égale à 500 ohm.cm. Une résistivité électrique élevée confère au substrat support la capacité de limiter les pertes électriques et d’améliorer les performances radiofréquences de la structure.
Le substrat support 2 de la structure multicouche 1 comporte des précipités d’oxygène et d’azote 8, également connus sous l’acronyme BMD, du terme anglo-saxon « Bulk Micro Defects ». Les BMD présentent la propriété de bloquer la propagation de dislocations qui tendent à se développer lorsque la structure multicouche 1 est soumise à des traitements thermiques. Les BMD permettent ainsi d’éviter que les dislocations ne remontent jusqu’à la surface de la structure multicouche 1, y créant des décalages de plans atomiques. De tels décalages sont notamment à l’origine de problèmes d’alignement connus par l’homme du métier sous l’appellation d’« overlay ».
La taille des précipités d’oxygène et d’azote 8 au sein du substrat support 2 de la structure multicouche 1 est comprise entre 10 nm et 50 nm, préférentiellement comprise entre 40 nm et 50 nm. La gamme de tailles ainsi choisie constitue un compromis avantageux permettant de limiter fortement le nombre de lignes de glissement générées en surface sans pour autant engendrer des contraintes mécaniques trop importantes dans le matériau. En effet, des précipités d’oxygène et d’azote trop petits ne bloqueraient pas efficacement le développement des dislocations. Des précipités trop gros risqueraient en revanche de générer des contraintes mécaniques importantes au sein du matériau de sorte que le matériau se trouverait déformé. Par ce compromis, on minimise par conséquent le phénomène d’overlay précédemment mentionné.
La concentration des précipités d’oxygène et d’azote 8 au sein du substrat support 2 est comprise entre 10 7 et 10 10 précipités par cm 3 , préférentiellement comprise entre 10 8 et 10 9 précipités par cm 3 . Si la concentration en précipités est inférieure à 10 7 précipités par cm 3 , les précipités d’oxygène et d’azote ne sont pas suffisamment nombreux pour bloquer efficacement la propagation des dislocations. Si la concentration en précipités est supérieure à 10 10 précipités par cm 3 , le risque de générer des contraintes mécaniques au sein du matériau devient important.
La taille et la densité des précipités d’oxygène et d’azote 8 est mesurée par tomographie de diffusion laser connu sous l’acronyme LST, du terme anglo-saxon « Laser scattering tomography ».
Le substrat support 2 peut comprendre également de l’azote interstitiel 6 et de l’oxygène interstitiel 7 résiduels, c’est-à-dire ne contribuant pas aux précipités 8. Tout comme les BMD, l’oxygène interstitiel 7 et l’azote interstitiel 6 s’opposent à la propagation des dislocations. Toutefois, l’oxygène interstitiel 7 peut contribuer à la génération de donneurs thermiques qui risquent d’induire une chute non contrôlée de la résistivité électrique. Ces donneurs thermiques sont générés lorsque la structure multicouche 1 subit des traitements thermiques de « back-end », par exemple lorsqu’on applique à la structure une température comprise entre 375 °C et 450 °C pendant quelques minutes à une ou deux heures. Ce genre de traitement thermique est typiquement appliqué à la structure multicouche lors du recuit final visant à guérir les défauts générés lors des dernières étapes de fabrication de la puce connues de l’homme du métier sous l’appellation anglo-saxonne « back end of line ». Lors de ce recuit dit de passivation, l’hydrogène présent dans l’atmosphère du four diffuse jusqu’aux interfaces pour guérir des liaisons pendantes.
Afin de limiter le phénomène de génération de donneurs thermiques, la concentration en oxygène interstitiel 7 résiduel du substrat support 2 est inférieure à 15 ppma, préférentiellement inférieure à 12 ppma. En effet, plus la concentration d’oxygène interstitiel 7 au sein du substrat support 2 est basse, meilleur est le contrôle de la résistivité électrique dudit substrat 2 dans les diverses applications de la structure multicouche 1.
Comme précédemment mentionné, le terme old ppma désigne une « partie par million d’atomes » selon une ancienne spécification de mesure normalisée ASTM79.
La concentration en oxygène interstitiel 7 est déterminée grâce à un modèle de génération de donneurs thermiques : on applique au substrat le traitement thermique de 450 °C pendant une heure (connu de l’homme du métier sous l’acronyme DGA selon l’appellation anglo-saxonne « Donor Generation Anneal ») et on mesure la résistivité électrique dudit substrat avant et après le traitement thermique de DGA. Un modèle permet de relier la variation entre les deux mesures de la résistivité électrique, qui est liée à la génération de donneurs thermiques, à la concentration en oxygène interstitiel résiduel. La résistivité électrique est mesurée par SRP ou « Spreading Resistance Profile ».
Optionnellement, la structure 1 comprend également une couche de piégeage de charges 5, préférentiellement en silicium polycristallin ou en silicium poreux, agencée entre le substrat support 2 et la couche électriquement isolante 3. Cette couche de piégeage de charges permet de piéger les charges électriques qui s’accumulent sous la première couche électriquement isolante 3. La couche de piégeage de charges 5 est particulièrement avantageuse pour des applications radiofréquences de la structure multicouche 1.
La couche électriquement isolante 3 peut être une couche d’oxyde, par exemple une couche d’oxyde de silicium. D’autres matériaux comme le nitrure de silicium ou encore l’oxynitrure de silicium peuvent être envisagés. La couche semi-conductrice 4 est une couche en un matériau semi-conducteur, par exemple une couche de silicium monocristallin. De manière non-limitative, la couche semi-conductrice 4 peut être remplacée par une couche active de tout autre matériau, en particulier par une couche piézoélectrique comme par exemple du tantalate de lithium ou du niobate de lithium. D’autres matériaux comme le nitrure de gallium, l’arséniure de gallium ou encore le phosphure d’indium peuvent être utilisés.
Procédé de fabrication Un deuxième objet de l’invention concerne un procédé de fabrication d’une structure multicouche telle que décrite précédemment par précipitation d’oxygène interstitiel et d’azote interstitiel de sorte à former des précipités d’oxygène et d’azote au sein du substrat support de la structure multicouche.
En référence à la , on fournit initialement un substrat 2. Le substrat 2 est en un matériau semi-conducteur hautement résistif qui comprend initialement de l’azote interstitiel 6 et de l’oxygène interstitiel 7. Le substrat 2 est par exemple une plaque circulaire de silicium de 300 mm de diamètre. Le substrat 2 peut être préparé par tirage d’un lingot du matériau semi-conducteur dans une atmosphère de dioxygène et d’azote. La teneur en oxygène et en azote interstitiel est généralement contrôlée par le fabricant du lingot et indiquée dans les spécifications techniques des substrats.
Cette pièce mécanique bénéficie donc d’un revêtement double-couche capable de protéger la pièce en surface et en profondeur. Ce revêtement peut notamment être obtenu à l’aide d’un procédé de fabrication selon l’un quelconque des modes de réalisation précédents. Il en découle donc tous les avantages mentionnés ci-dessus au sujet du procédé. En particulier, toutes les caractéristiques facultatives du procédé, et tous les avantages qui y sont associés, peuvent être transposés directement à la pièce mécanique.
Dans certains modes de réalisation, le substrat est en matériau composite C/C et le revêtement est une protection anti-oxydation comprenant un principe actif de la famille des phosphates. La pièce bénéficie ainsi d’une protection anti-oxydation possédant à la fois la fonction anti-catalytique et la fonction de barrière de diffusion.
Le présent exposé concerne également un frein pour aéronef, comprenant une pièce mécanique selon l’un quelconque des modes de réalisations précédents. Le frein peut alors présenter à la fois une masse relativement faible et une bonne résistance à l’oxydation, y compris aux hautes températures.
La est une micrographie d’un revêtement anticorrosion selon un premier art antérieur.
La est une micrographie d’un revêtement anticorrosion selon un deuxième art antérieur.
La représente une suspension liquide dans le cadre d’un exemple de réalisation.
La représente une installation d’électrophorèse selon le cadre de l’exemple de réalisation.
La représente la même installation d’électrophorèse à l’issue de l’étape d’électrophorèse.
Afin de rendre plus concret l’exposé, un exemple de procédé de fabrication d’un revêtement est décrit en détail ci-après, en référence aux dessins annexés. Il est rappelé que l'invention ne se limite pas à cet exemple.
La représente de manière schématique un dispositif d’électrophorèse 10 intervenant dans le procédé qui sera décrit ci-après. Il comprend une cuve 11, un générateur électrique à courant continu 12, une première électrode 13, connectée à la borne positive du générateur électrique 12, et une deuxième électrode 14, connectée à la borne négative du générateur électrique 12. La cuve 11 est remplie avec une suspension 15 comprenant des particules 16 en suspension dans une phase liquide. Les deux électrodes 13 et 14 sont plongées dans la suspension 15. Elles se font de préférence face, de manière parallèle l’une à l’autre. Une distance D sépare les deux électrodes 13 et 14.
Lorsque le générateur électrique 12 applique une tension U entre les deux électrodes 13, 14, un champ électrique E traverse la suspension 15 et entraîne la migration des particules 16 vers l’une ou l’autre des électrodes 13, 14 en fonction de leur charge électrique. Ainsi, les particules 16 portant ici une charge électrique négative migrent vers l’électrode positive 13 et s’y déposent. La vitesse de migration des particules 16 dépend de l’intensité du champ électrique E et de la mobilité électrophorétique µ des particules 16 : pour un champ électrique E donné, plus la mobilité électrophorétique µ de la particule 16 est élevée, plus la particule 16 migrera rapidement vers l’électrode de charge opposée, selon la formule suivante : v = µ x E.
La quantité de matière déposée sur l’électrode 13 peut alors s’exprimer à l’aide de la loi de Hamaker : Δm = A/D x µ x E x C x Δt, avec A, la surface de l’électrode 13, D, la distance entre les électrodes 13, 14, µ, la mobilité électrophorétique des particules 16, E, le champ électrique imposé, C, la concentration des particules 16 dans la suspension 15, Δt, la durée de l’étape d’électrophorèse.
Toutefois, lorsqu’une forme d’onde continue est utilisée, les résultats de corrélation obtenus par le filtrage adapté présentent des lobes secondaires relativement importants. L’énergie résiduelle des lobes secondaires diminue en moyenne proportionnellement au produit entre le temps d’intégration du filtrage et la bande passante de la forme d'onde.
En présence d'un fouillis radar dont l'énergie est supérieure de plusieurs ordres de grandeur à celle des cibles d’intérêt, ces lobes secondaires peuvent empêcher la détection d’une cible d’intérêt. En effet, dans un tel cas le filtrage Doppler conventionnellement utilisé pour éliminer le fouillis peut ne pas être suffisamment performant car l'énergie provient d'une grande variété de vitesses et de directions pour une cellule de distance donnée.
A cet effet, et selon un premier aspect, il est proposé par la présente invention, un procédé de fonctionnement d’un système radar. Le procédé comporte les étapes suivantes :
une transmission d'un signal comprenant, pendant une période de répétition, une pluralité d’impulsions, chaque impulsion étant transmise dans un canal fréquentiel d'émission différent et pendant un intervalle de temps différent, une réception d'un signal comprenant une réflexion du signal transmis par une cible dont on cherche à estimer une position et/ou une vitesse, le signal reçu comprenant également du bruit et du fouillis, un filtrage du signal reçu par un banc de filtres numériques, chaque filtre numérique présentant respectivement une bande passante associée à l’un des canaux fréquentiels d'émission et fournissant en sortie un signal associé à un canal fréquentiel de réception, un filtrage adapté du signal de chaque canal fréquentiel de réception pendant une sous-période d'intégration, un filtrage Doppler des résultats de filtrage adapté obtenus pour les différents canaux fréquentiels de réception pour plusieurs sous-périodes d'intégration successives formant une période d'intégration cohérente recouvrant plusieurs périodes de répétition successives, une détermination d'une distance et d'un vecteur directeur Doppler qui maximisent un rapport signal sur bruit plus fouillis pour le signal reçu, une estimation de la position et/ou de la vitesse de la cible à partir de la distance et du vecteur directeur Doppler ainsi déterminés.
De telles dispositions permettent d’obtenir à la fois les avantages d’une émission pulsée et les avantages d’une émission continue ou d’une émission avec un grand rapport cyclique. En effet, dans chaque canal fréquentiel, l’émission se fait sous une forme d’onde pulsée, ce qui permet de limiter la largeur du pic de corrélation ainsi que l’étendue et l’amplitude des lobes secondaires. En outre, le fait d’avoir plusieurs impulsions dans une période de répétition permet de limiter le rapport entre la puissance moyenne et la puissance crête. En effet, le rapport cyclique correspond au rapport entre la durée cumulée de tous les intervalles de temps et la période de répétition. Ainsi, si on compare avec une forme d’onde radar conventionnelle pour laquelle une seule impulsion est transmise par période de répétition, le rapport cyclique est multiplié par le nombre d’intervalles de temps compris dans une période de répétition. Cette augmentation du rapport cyclique permet de limiter le rapport entre la puissance moyenne et la puissance crête. Par exemple, le rapport cyclique est au moins égal à 50%. Lorsque les intervalles de temps pendant lesquels les impulsions sont transmises recouvrent entièrement la période de répétition, on se trouve dans le cas d’une forme d’onde à émission continue et le rapport entre la puissance moyenne et la puissance crête est optimal.
L’utilisation de plusieurs canaux fréquentiels d’émission différents permet d’avoir accès à un échantillonnage de la phase du signal plus fréquent que dans le cas d’une unique émission pulsée et permet d’augmenter la gamme de vitesse non ambiguë mesurée par traitement Doppler. Cela peut permettre d'améliorer la précision des paramètres géophysiques qui peuvent en être déduits (spectre de vitesses d’hydrométéores par exemple). Cela a également un impact positif sur le filtrage Doppler pour éliminer le fouillis.
Dans des modes particuliers de mise en œuvre, le filtrage Doppler prend en compte individuellement chacun des résultats de filtrage adapté obtenus pour les différents canaux fréquentiels de réception pendant la période d'intégration cohérente.
De telles dispositions permettent d’optimiser la performance de détection du système radar. Toutefois, cela nécessite une augmentation significative de la puissance de traitement requise, d'un ordre de grandeur au moins égal au nombre de canaux fréquentiels d’émission.