INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
La partie suspendue 21 se présente classiquement également sous la forme d'une poutre s'étendant suivant un axe dit longitudinal.
A l'inverse du résonateur mécanique 1, chargé de faire circuler les particules P dans son canal fluidique 12, le capteur gravimétrique 2 ne comporte pas de circuit fluidique. Il n'est utilisé que comme moyen de mesure des fluctuations de fréquence (voir ci-après).
Les moyens d'excitation 4 du système sont configurés pour faire vibrer la partie suspendue 21 du capteur gravimétrique 2 à la fréquence de vibration F_nems. On verra que la mise en vibration du capteur NEMS peut être réalisée via le résonateur mécanique 1 et la liaison mécanique entre les deux éléments, sans moyens d'excitation externes.
Dans ce type de capteur, la vibration est généralement réalisée hors plan (comme indiqué par la flèche en trait plein sur la ) ou alternativement dans le plan (comme indiqué par la flèche en pointillés sur la ). Une variante de vibration peut se faire selon un mode de torsion. La vibration dans le plan ou hors plan est réalisée dans un plan respectivement horizontal ou vertical lorsque l'axe longitudinal de la poutre est positionné à l'horizontale.
La fréquence de vibration F_nems est par exemple égale à une valeur pouvant aller de -30% à +30% de la valeur de la fréquence d'excitation F_smr du résonateur mécanique, avantageusement sa fréquence de résonance ou celle de son mode propre supérieur.
Cette fréquence de vibration F_nems est choisie avantageusement voisine de la fréquence de résonance F_smr du résonateur mécanique 1 ou celle de son mode propre supérieur afin d'harmoniser la vibration des deux entités suspendues.
Couplage mécanique
Le principe de l’invention repose sur un couplage mécanique entre un résonateur mécanique 1 tel que décrit ci-dessus avec un capteur gravimétrique 2 tel que décrit ci-dessus.
Le couplage mécanique est réalisé en intégrant un élément 3 de liaison mécanique entre la partie suspendue 11 du résonateur mécanique et la partie suspendue 21 du capteur gravimétrique. Cet élément 3 de liaison mécanique est par exemple une simple poutre réalisant la jonction entre les deux parties suspendues. Il peut notamment s'agir d'une ou plusieurs nano-poutres obtenues selon le procédé de fabrication mis en œuvre.
Le résonateur mécanique 1 est ainsi utilisé pour acheminer les particules P en circulation dans son canal fluidique 12. Il est mis en vibration à sa fréquence d'excitation F_smr (avantageusement sa fréquence de résonance ou un mode propre supérieur de celle-ci). Le capteur gravimétrique 2 est également excité à la fréquence de vibration F_nems, avantageusement voisine de la fréquence d'excitation du résonateur mécanique et est utilisé pour réaliser la mesure des fluctuations de fréquence au niveau du résonateur 1 lorsque celui-ci reçoit une particule dans son canal fluidique 12.
Le couplage mécanique du résonateur mécanique 1 (avantageusement de type SMR) avec le capteur gravimétrique 2 (avantageusement de type NEMS) et la lecture des fluctuations de fréquence au niveau du capteur gravimétrique 2 permettent de : Couvrir une gamme de particules P plus étendue que lorsque l'on utilise un résonateur mécanique seul (par exemple un SNR), notamment en termes de taille d’objets à peser ; le canal fluidique 12 intégré au résonateur de type SMR est élargi (par exemple 20x20μm² pour un résonateur SMR contre 0,7x0,7μm² pour un résonateur de type SNR, soit un gain d'environ 816 en termes de ratio de surface). Le corollaire de cette augmentation de la section fluidique est la diminution de la résistance fluidique et donc l’augmentation du débit à gradient de pression identique. Réduire les risques de colmatage inhérents aux canaux nano-fluidiques des résonateurs de type SNR, Offrir une limite de détection en masse comparable à celle des résonateurs de type SNR (limite de détection de l’ordre de l’attogramme actuellement) grâce à la lecture des fluctuations de fréquence au niveau du capteur gravimétrique NEMS couplé mécaniquement au résonateur de type SMR.
La poutre (ou partie suspendue) 12 du résonateur mécanique 1 est capable d'être excitée selon plusieurs modes de vibration (par exemple M_1, M_2, M_3), chacun de ces modes se traduisant par une déformation de la poutre 12 présentant localement des nœuds et ventres de vibration (appelés également anti-nœuds) à différents endroits prédéterminés par les lois de la mécanique et dynamique des structures. Pour rappel, un anti-nœud A_1, A_2, A_3 de vibration correspond à une zone où l'amplitude de vibration est maximale.
Le couplage mécanique du capteur NEMS 2 avec le résonateur SMR est avantageusement conçu pour maximiser la transmission des ondes vibratoires entre les deux oscillateurs, et limiter autant que possible l’amortissement des oscillations de l’un et de l’autre, généré par ce couplage.
Il est important que toute fluctuation ΔF_smr de la fréquence d'excitation du résonateur SMR 1 se traduise par une variation ΔF_nems de fréquence au niveau du capteur NEMS 2 ( ). Un exemple consiste à disposer la liaison mécanique au niveau d’un anti-nœud de vibration du résonateur SMR 1 sur le mode de vibration pour lequel ce dernier est actionné afin de maximiser la transduction entre celui-ci et le capteur NEMS.
Selon une autre caractéristique, la gorge et la nervure présentent des sections complémentaires.
Selon une autre caractéristique, la nervure est située dans le prolongement de la surface latérale extérieure du manchon périphérique.
Selon une autre caractéristique, les premier et deuxième tronçons sont reliés par un deuxième chant tronconique qui s’évase en s’écartant de la première extrémité de la virole, le premier chant de la paroi d’extrémité étant tronconique et présentant une conicité sensiblement identique à celle du deuxième chant de la virole.
L’invention a également pour objet un réservoir cryogénique comprenant une cuve selon l’une des caractéristiques précédentes.
est une vue en perspective d’une cuve en cours d’assemblage illustrant un mode d’assemblage de l’art antérieur,
est une vue en perspective de la cuve visible sur la en fin d’assemblage,
est une coupe longitudinale d’une partie d’une cuve illustrant un mode de réalisation de l’art antérieur,
est une coupe longitudinale d’une partie d’une cuve illustrant un mode de réalisation de l’invention,
est une coupe longitudinale d’une partie d’une cuve illustrant un autre mode de réalisation de l’invention.
Selon des modes de réalisation visibles sur les figures 5 et 6, une cuve 40 comprend une virole 42 qui s’étend entre des première et deuxième extrémités 42.1, au moins une première paroi d’extrémité 44 positionnée au niveau de la première extrémité 42.1 de la virole 42 pour la fermer ainsi qu’au moins un premier assemblage 46 reliant la première paroi d’extrémité 44 et la première extrémité 42.1 de la virole 42.
Dans un but de simplification, seule la première extrémité 42.1 de la virole est représentée sur les figures 5 et 6. De même, seule une partie du premier assemblage 46 reliant la première paroi d’extrémité 44 et la virole 42 est visible sur les figures 5 et 6.
La cuve 40 comprend une deuxième paroi d’extrémité reliée à la deuxième extrémité de la virole 42 par un deuxième assemblage. Selon une configuration, la deuxième paroi d’extrémité et le deuxième assemblage sont respectivement identiques à la première paroi d’extrémité 44 et au premier assemblage 46. En variante, la deuxième paroi d’extrémité pourrait être différente de la première paroi d’extrémité 44 et/ou le deuxième assemblage pourrait être différent du premier assemblage 46.
Selon une application, la cuve 40 est configurée pour stocker à l’état cryogénique et à haute pression un fluide comme de l’hydrogène. Selon un agencement, un réservoir cryogénique prévu pour stocker un fluide à l’état cryogénique, comme de l’hydrogène par exemple, et être positionné dans un véhicule, comme un aéronef par exemple, comprend au moins une cuve. Selon un mode de réalisation, le réservoir cryogénique comprend une cuve interne ainsi qu’une cuve externe dans laquelle est positionnée la cuve interne, au moins l’une des cuves parmi les cuves interne et externe étant conforme à la cuve 40 dont une partie est visible sur les figures 5 et 6.
Selon une configuration, la virole 42 est cylindrique ou légèrement tronconique et présente un axe de révolution. Chacune des première et deuxième extrémités 42.1 de la virole 42 est circulaire et positionnée dans un plan transversal.
Selon une première configuration visible sur les figures 2 et 3, pour chaque paroi d’extrémité 22, 24, le bord libre 22.1, 24.1 et la première ou deuxième extrémité 20.1, 20.2 de la virole 20 sont positionnés bout à bout et reliés par la ligne de soudure 26.
Selon une deuxième configuration visible sur la , au moins une des parois d’extrémité 22, 24 comprend : une partie centrale 28 en forme de dôme qui présente un bord libre 28.1 positionné dans un premier plan P1, le centre de la partie centrale 28 étant décalé selon un premier sens par rapport au premier plan P1, un manchon périphérique 30, positionné autour de la partie centrale 28, qui s’étend entre des première et deuxième extrémités 30.1, 30.2, la deuxième extrémité 30.2 étant décalée selon le premier sens par rapport à la première extrémité 30.1, une zone de jonction 32 reliant le bord libre 28.1 de la partie centrale 28 et la première extrémité 30.1 du manchon périphérique 30.
Ainsi, la partie centrale 28 et le manchon périphérique 30 forment une unique et même pièce qui présente un chant C1 positionné dans le premier plan P1.
En complément, la virole 20 présente un lamage 34 qui présente une surface latérale intérieure 34.1 et un fond 34.2 distant de la première extrémité 20.1 de la virole 20. La surface latérale intérieure 34.1 présente un diamètre sensiblement égal au diamètre de la surface latérale extérieure F30 du manchon périphérique 30. Le lamage 34 présente une profondeur P (distance séparant le fond 34.2 du lamage 34 et la première extrémité 20.1 de la virole 20) sensiblement égale à la distance séparant les première et deuxième extrémités 30.1, 30.2 du manchon périphérique 30.
Selon cette deuxième configuration, la paroi d’extrémité 22, 24 est positionnée dans le lamage 34, le chant C1 de la paroi d’extrémité 22, 24 étant plaqué contre le fond 34.2 du lamage 34, la deuxième extrémité 30.2 du manchon périphérique 30 étant positionnée sensiblement dans le même plan que la première extrémité 20.1 de la virole 20. La paroi d’extrémité 22, 24 et la virole 20 sont reliées par une soudure 36, positionnée entre la virole 20 et le manchon périphérique 30, qui s’étend sur toute la circonférence de la virole à partir de la deuxième extrémité 30.2 du manchon périphérique 30 et/ou de la première extrémité 20.1 de la virole 20.
La soudure 36 présente une longueur L (dimension prise parallèlement à la direction longitudinale) inférieure à la moitié de la profondeur P du lamage 34.
Par rapport à la première configuration, cette deuxième solution permet de simplifier l’assemblage de la cuve 18 et un éventuel démontage des parois d’extrémité 22, 24.
Comme illustré sur la , en raison de la pression très élevée du fluide stocké dans la cuve 18, la zone de jonction 32 tend à se déformer selon la direction radiale et à s’écarter de la surface latérale intérieure 34.1 du lamage 34. Ainsi, en fonctionnement, la soudure 36 est soumise à des efforts de cisaillement mais également à des efforts de flexion et de traction en raison de la déformation de la zone de jonction 32. Pour éviter cette déformation, la longueur L de la soudure 36 est augmentée et/ou l’épaisseur (dimension prise dans un plan transversal) du manchon périphérique 30 est augmentée.
Ces solutions ne sont pas satisfaisantes car elles conduisent à augmenter la masse de la cuve, à complexifier son assemblage voire à rendre impossible le démontage et le réassemblage des parois d’extrémité.
A cet effet, l’invention a pour objet une cuve comprenant une virole qui s’étend entre des première et deuxième extrémités ainsi qu’au moins une paroi d’extrémité positionnée au niveau de la première extrémité ; la paroi d’extrémité comportant une partie centrale en forme de dôme, un manchon périphérique positionné autour de la partie centrale ainsi qu’une zone de jonction reliant la partie centrale et le manchon périphérique et présentant un premier chant ; la virole présentant un axe de révolution et comportant au moins des premier et deuxième tronçons, le premier tronçon s’étendant entre la première extrémité de la virole et le deuxième tronçon, les premier et deuxième tronçons présentant respectivement des première et deuxième surfaces latérales intérieures, la deuxième surface latérale intérieure présentant un diamètre inférieur à celui de la première surface latérale intérieure, la virole présentant un deuxième chant reliant les première et deuxième surfaces latérales intérieures ; la cuve comportant une soudure reliant le premier tronçon de la virole et le manchon périphérique de la paroi d’extrémité.
Selon l’invention, les premier et deuxième chants de la paroi d’extrémité et de la virole présentent des formes configurées pour immobiliser la zone de jonction par rapport à la virole selon une direction radiale perpendiculaire à l’axe de révolution.
La zone de jonction de la paroi d’extrémité ne s’écartant plus du premier tronçon de la virole en fonctionnement en raison de la pression du fluide stocké dans la cuve, la soudure n’est plus soumise à des efforts de flexion et de traction. Par conséquent, il n’est pas nécessaire de rigidifier le manchon périphérique et/ou de renforcer la soudure pour résister à de tels efforts.
Selon une autre caractéristique, au moins un élément parmi le premier chant de la paroi d’extrémité et le deuxième chant de la virole comprend ou présente au moins une forme en saillie. En complément, au moins un deuxième élément, différent du premier élément, parmi le premier chant de la paroi d’extrémité et le deuxième chant de la virole comprend, pour chaque forme en saillie, ou délimite partiellement au moins un logement configuré pour loger la forme en saillie afin d’immobiliser la zone de jonction par rapport à la virole selon la direction radiale.
Selon une autre caractéristique, le deuxième chant de la virole et le premier chant de la paroi d’extrémité sont positionnés dans des plans transversaux perpendiculaires à l’axe de révolution.
Selon une autre caractéristique, la paroi d’extrémité comprend une forme, en saillie par rapport au premier chant, sous la forme d’une nervure qui s’étend sur toute la circonférence du premier chant. En complément, la virole présente un logement sous la forme d’une gorge, qui s’étend sur toute la circonférence du deuxième chant, configurée pour loger la nervure.
Sur le pourtour de la fenêtre de dépôt, le bord du masque isolant est suspendu par les échancrures pour éviter la continuité du dépôt de matière entre le bas (le dépôt réalisé sur le substrat et les électrodes) et le haut du masque, ce qui fausserait toute mesure réalisée avec les électrodes.
L’utilisation d’électrodes sous le film en cours de dépôt permet d'effectuer des mesures directement en contact du film.
Selon un exemple l'invention permet de contrôler la formation de jonctions Josephson in-situ pour les technologies quantiques, en mesurant en temps réel la résistance d’un film d’aluminium déjà déposé, pour déterminer la proportion oxydée du film (ne conduisant plus le courant électrique), suivre la croissance de l’oxyde et stopper l’oxydation sur une consigne de résistance.
Selon un autre exemple l’invention permet de contrôler la reproductibilité de la résistance de surface de films d’aluminium granulaire (Aluminium évaporé en présence d’oxygène à une pression partielle de quelques 10 -6 mbars). Cela peut se faire soit en arrêtant l’évaporation sur une consigne de résistance mesurée en temps réel, soit en comparant la courbe de résistance en fonction de l’épaisseur à une courbe de référence, et en ajustant en temps réel le flux d’oxygène ou le taux d’évaporation de l’aluminium pour suivre cette courbe de référence.
Un procédé selon l'invention peut comporter en outre une étape de réalisation d'une résistance ou électrode, dite de protection, entre le masque et le substrat, de préférence de forte valeur de résistance (supérieure à 1 MΩ, par exemple comprise entre 1 et 10 MΩ), par exemple en chrome. Cette résistance - si elle est présente - peut être électriquement connectée en parallèle du film à déposer. Elle permet notamment de vérifier la présence et le bon contact du substrat de mesure in-situ avant que le dépôt ne soit commencé. Elle permet aussi d’éviter de passer un fort courant dans le film mince à peine déposé, ce qui, dans le cas de certains matériaux, les échauffe et modifie leurs propriétés. Cette résistance a par exemple une épaisseur comprise entre 3 et 100 nm, par exemple 10 nm. De préférence, cette résistance n'est pas située dans la fenêtre de dépôt.
Le substrat est par exemple en silicium ou en quartz ou en saphir.
Il a de préférence une surface, sur laquelle un dépôt est à réaliser, de rugosité R A comprise par exemple entre 0,01 nm et 1 nm.
Les électrodes de mesure peuvent être par exemple en Ti/Au.
Un procédé selon l'invention peut comporter en outre une étape de réalisation d'une couche de protection du substrat, avantageusement une couche de protection sur chacune des 2 faces dudit substrat. Cette protection peut être mise en œuvre avant découpe du substrat en supports ou puces de dépôt individuels/ individuelles à usage unique.
Un procédé selon l'invention peut comporter en outre une étape préalable de planarisation de la surface du substrat.
De préférence, la fenêtre de dépôt a une orientation transverse, par exemple perpendiculaire, à celle d’au moins une partie des électrodes de mesure.
Par exemple, les électrodes sont réalisées par évaporation sous angle, par exemple variable ou fixe (avec une rotation planétaire).
Selon une réalisation les électrodes ont des bords, formant des pentes latérales douces, avec un angle avec la surface du substrat inférieur à 80°, par exemple compris entre 15° et 60° (ou 50°).
L’invention concerne également un support, ou une puce, de dépôt de film mince, comportant :
a) un substrat en matériau isolant ou semi-conducteur,
b) une pluralité d’électrodes de mesure réalisées sur ledit substrat, chaque électrode ayant une partie centrale et des bords inclinés et/ou avec une pente vers la surface du substrat ;
Un problème qui se pose donc est celui du manque de reproductibilité de la conduction électrique de films obtenus par dépôt de couches minces, notamment en présence d’oxygène (ou d’un autre gaz réactif). Cela concerne par exemple l’aluminium granulaire (comportant des grains d’aluminium dans une matrice d’Al 2 O 3 ) et jonctions tunnel Al-AlO x -Al.
On retrouve le même problème pour :
- les dépôts de métaux (par exemple titane ou chrome) sensibles au vide résiduel et aux contaminants ;
- les dépôts d’alliages par co-évaporation ou co-sputtering (ou co-pulvérisation), par exemple les dépôts en Niobium-silicium, ou en Yttrium-silicium, ou en Nickel – Chrome ;
- les dépôts de matériaux diélectriques ou isolant.
Un problème qui se pose également est celui du manque de reproductibilité du taux d’oxydation de jonctions tunnel formées par dépôt d’une couche métallique, suivi d’une oxydation, suivie immédiatement d’un 2 ème dépôt de couche métallique, par exemple lors de la formation de jonctions tunnel Al-AlO x -Al, ou lors de la formation de jonctions Nb-Al-AlO x -Al-Nb.
Un autre problème qui se pose est celui du manque de reproductibilité de la gravure d’une couche d’oxyde par faisceau d’ion, par exemple pour la reprise de contact sur film pré-déposé s’oxydant à l’air (Al, Nb…).
Elle concerne d’abord un procédé de réalisation d'un support, ou d’une puce, de dépôt de films, en particulier du type des films minces, comportant :
a) - la formation, sur un substrat en un matériau isolant ou semi-conducteur, d'une pluralité d’électrodes de mesure, chaque électrode ayant une partie centrale, des bords inclinés ou avec une pente vers la surface du substrat ;
b) - la formation d'un masque de dépôt, non conducteur, définissant une fenêtre de dépôt, ce masque comportant des échancrures au voisinage du substrat et de ladite fenêtre de dépôt.
Un support de dépôt, ou puce selon l’invention permet par exemple de contrôler la fabrication d’un film, notamment d’un film mince, en mesurant en temps réel et à l'aide des électrodes l’évolution d'une grandeur électrique, par exemple la conductivité ou la résistance électrique du film en cours de formation, en connectant des moyens de mesure de cette grandeur sur les plots de contact.
De préférence chaque électrode a un plot de contact à l'une de ses extrémités.
De préférence encore, les électrodes sont, au moins dans la fenêtre de dépôt, parallèles entre elles.
Les bords des électrodes, inclinés vers la surface du substrat avec une pente, de préférence une pente douce, par exemple à 45°, permettent de réaliser un dépôt uniforme d’un film mince sans rupture de celui-ci.
De préférence les électrodes sont réalisées dans un matériau ne s’oxydant pas pour permettre le contact électrique avec le film mince déposé par-dessus.
c) un masque de dépôt, non conducteur, définissant une fenêtre de dépôt, ce masque comportant des échancrures au voisinage du substrat et de ladite fenêtre.
Ce substrat présente les avantages exposés ci-dessus en lien avec le procédé de réalisation.
Une telle puce de dépôt peut comporter en outre une résistance de protection, de résistance de préférence supérieure à 1 MΩ. Cette résistance est par exemple réalisée en chrome. Elle peut être d'épaisseur par exemple comprise entre 3 nm et 10 nm ou même 100 nm.
Le substrat est par exemple en silicium ou en chrome ou en saphir.
Les électrodes de mesure sont par exemple en Ti/Au.
Une puce de dépôt selon l'invention peut comporter en outre un film ou une couche, par exemple en plastique, de protection, notamment contre les rayures et les poussières.
Selon une réalisation préférée, la fenêtre de dépôt a une orientation perpendiculaire à celle d’au moins une partie des électrodes de mesure.
Dans une puce de dépôt selon l'invention, les électrodes peuvent avoir des bords, formant des pentes latérales avec un angle avec la surface du substrat inférieur à 80°, par exemple compris entre 15° et 60° (ou 50°).
L'invention concerne également un procédé de dépôt d’une couche, par exemple une couche mince, par exemple d’épaisseur comprise entre 1 nm et 100 nm ou même 200 nm . Un tel procédé comporte une étape de dépôt d'une couche dans la fenêtre de dépôt d’un support ou d’une puce de dépôt selon l'invention, et une mesure, de préférence pendant ledit dépôt, d’au moins une grandeur électrique, par exemple la conductivité et/ou la résistance électrique à fréquence nulle (ou en courant continu ou en DC), ou plus généralement l’impédance électrique à fréquence finie (ou en courant alternatif ou en AC) qui donne accès simultanément à la résistance et/ou la capacitance et/ou l’inductance aux bornes d’au moins 2 électrodes de mesure.
De la mesure de résistance, connaissant la géométrie du fil mesuré, on peut déduire une résistivité ou une résistance par carré, qui est une propriété intrinsèque du film ne dépendant pas de la géométrie.
On peut déposer un film isolant pour réaliser par exemple une capacitance, auquel cas on mesure son impédance à fréquence finie.
Un dépôt peut ainsi être réalisé, en partie sur le substrat, en partie sur les électrodes, ces dernières permettant de mesurer ladite grandeur électrique, par exemple la résistance électrique et/ou la capacitance et/ou l’inductance du dépôt ou de la couche déposée.
Dans un tel procédé, le dépôt de la couche peut par exemple être obtenu par pulvérisation, ou par technique de dépôt chimique en phase vapeur ou par évaporation par canon à électrons ou par co-évaporation ou par co-pulvérisation.
Un procédé de dépôt selon l'invention permet de réaliser :
- une couche métallique formée d’un élément choisi par exemple parmi l’or, l’argent, le cuivre, le platine, l’iridium, le titane, le vanadium, le niobium, le tantale, le chrome…