WO2017144455A1 - Sensor of thermal patterns with thermo-resistive capsules - Google Patents

Sensor of thermal patterns with thermo-resistive capsules Download PDF

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WO2017144455A1
WO2017144455A1 PCT/EP2017/053919 EP2017053919W WO2017144455A1 WO 2017144455 A1 WO2017144455 A1 WO 2017144455A1 EP 2017053919 W EP2017053919 W EP 2017053919W WO 2017144455 A1 WO2017144455 A1 WO 2017144455A1
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WO
WIPO (PCT)
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capsule
capsules
sensor
substrate
heating
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/053919
Other languages
French (fr)
Inventor
Sébastien Becker
Jean-François Mainguet
François Templier
Jérôme BOUTET
Original Assignee
Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives
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Filing date
Publication date
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    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06VIMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V40/00Recognition of biometric, human-related or animal-related patterns in image or video data
    • G06V40/10Human or animal bodies, e.g. vehicle occupants or pedestrians; Body parts, e.g. hands
    • G06V40/12Fingerprints or palmprints
    • G06V40/13Sensors therefor
    • G06V40/1312Sensors therefor direct reading, e.g. contactless acquisition
    • GPHYSICS
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    • G06V40/13Sensors therefor
    • G06V40/1306Sensors therefor non-optical, e.g. ultrasonic or capacitive sensing

Definitions

  • the invention relates to the field of thermal pattern sensors or detectors, or sensors of the thermal impression of an object, for imaging the thermal patterns of an object, said object to be imaged.
  • Such sensors form transducers of a temporal variation of temperature, in a difference of potentials or currents. They measure in particular a two-dimensional distribution of the thermal mass of an object with which they are in direct physical contact, and even of its thermal capacity and / or its thermal conductivity.
  • Such a sensor can form a mass spectrometer, or flow meter, type of analyzer (by heating the object in one location and measuring how far the heat is propagating). It can in particular form measuring means at various depths in an object, by varying injected power to heat the object, and measurement times.
  • papillary impression sensor for imaging an imprint related to the particular folds of the skin, in particular a fingerprint, but also a palm footprint, plantar, or phalangeal.
  • imprints are collectively referred to as papillary impressions.
  • Such a papillary impression sensor uses a difference in thermal impact, on a contact surface, between regions in direct physical contact with the finger, at the level of the crests of the impression, and regions that are not in direct physical contact with the finger. finger, at the valleys of the footprint.
  • thermal pattern sensor sensors in particular papillary impression sensors, are known in the prior art.
  • sensors based on the pyroelectric properties of a material such as PVDF are known.
  • a material such as PVDF
  • Such a material only measures temperature variations as a function of time. After a very short time interval, the temperatures stabilize and the image obtained is insufficiently contrasted.
  • thermo-resistive properties of a material whose resistance is a function of temperature are also known.
  • thermo-resistive material When you put your finger on the sensor, the contact with the finger heats the thermo-resistive material.
  • the temperature of the thermoresistive material varies, depending on whether it is covered by a region of the finger corresponding to a crest of the fingerprint, or a valley of the fingerprint. It is thus possible to form an image of the fingerprint.
  • thermoresistive material is vanadium oxide (VO x ). It is deposited in the form of a pixellated layer, directly on a substrate, or isolated therefrom by a layer of an insulating material.
  • the heat is transmitted rapidly from the VO x layer to the substrate, which adversely affects the contrast of the image obtained.
  • the fingerprint sensor described in the Ji-Song article is also known.
  • the silicon bar has a central region, forming the sensitive zone of a pixel of the sensor, flanked by two lateral regions receiving electrodes.
  • the silicon bar is heated, the detection exploiting the heat transfer properties between the silicon bar and the skin.
  • the sensitive zone of the silicon bar is also framed by two cavities etched in the substrate. These two cavities meet under the sensitive zone, and improve a thermal insulation between the silicon bar and the substrate.
  • a disadvantage of this embodiment is that the surface filling ratio of the sensitive elements, here the central regions of the silicon bars, is limited, in particular by the lateral size of the etched cavities.
  • An object of the present invention is to provide a thermal pattern sensor such as a papillary impression, having both an optimized thermal insulation between the sensitive elements and a substrate, and a high degree of filling of the sensitive elements.
  • a thermal pattern sensor of an object in particular a papillary impression, comprising a contact surface for applying the object, and configured to allow heat exchange between this object, and sensitive elements located at the object. above a substrate, under said contact surface.
  • the senor comprises a series of three-dimensional structures, called capsules, formed of thermo-resistive material and forming said sensitive elements.
  • this material is more particularly constituted by amorphous silicon or an alloy comprising amorphous silicon.
  • amorphous silicon is also used to denote a hydrogenated amorphous silicon, doped with germanium (Ge) and / or with boron (B).
  • Each capsule delineates the lateral and upper boundaries of a cavity filled with gas or sealed under vacuum.
  • Each capsule is connected to means for reading its electrical resistance, by two first connection pads located in or on the substrate.
  • the configuration of the sensitive elements in the form of three-dimensional structures located above the substrate, and delimiting the lateral and upper of a cavity filled with a gas or sealed under vacuum, provides excellent thermal insulation between the substrate and these sensitive elements.
  • This configuration does not require digging the substrate, which makes it possible to achieve a high surface coverage rate of the detection surface by the sensitive elements, for example greater than 0.9.
  • the first two connection pads extend at the level of the substrate, under the capsules. Consequently, the filling ratio is also not limited by a lateral connection to the means for reading the electrical resistances, the capsules being connected vertically to the reading means.
  • the substrate is hollowed under a bar made of thermo-resistive material.
  • etching is difficult to control, especially in depth, so that the thickness of air between the substrate and the bar, and the corresponding thermal insulation, are also difficult to control.
  • the invention does not impose such an etching.
  • the capsules according to the invention offer good control of the thickness of gas or vacuum, filling the cavity and thermally insulating the substrate and an upper wall of the sensitive elements.
  • the capsules being able to be sealed under vacuum, better thermal insulation can be obtained than with a simple thickness of air.
  • capsules offer better mechanical stability than a suspended bar as described in the prior art.
  • the senor according to the invention has means for heating a capsule.
  • At least one capsule may be connected to a current or voltage source forming means for heating a capsule, for injecting a current or a bias voltage adapted to directly heat said capsule.
  • the heating means of a capsule may comprise thermo-resistive components arranged between two adjacent capsules, and connected to a source of current or voltage, for the injection of a current or a current. bias voltage adapted to heat said thermoresistive components.
  • the capsules are then advantageously divided into lines to form a capsule matrix, and the thermoresistive components extend along lines parallel to the capsule lines.
  • the heating means of a capsule may comprise at least one metal filament disposed above a capsule, and connected to a source of current or voltage, for the injection of a current or a bias voltage adapted to heat the filament.
  • An electrical insulation layer may extend directly between the capsule and the metal filament, except above two second bond pads located in or on the substrate, and connected to the current or voltage source.
  • the metallic filament may extend in a straight line, in direct physical contact with the capsule, the straight line being orthogonal to a vertical plane connecting the two first connection pads.
  • the senor according to the invention comprises piloting means arranged to actuate the heating means of a capsule during a predetermined time interval, and the reading means are connected to comparison means to determine a variation. of the electrical resistance of the capsule between two predetermined moments.
  • Each capsule advantageously has a bonnet-shaped, of which an upper wall is traversed by at least one orifice, and whose side and upper walls cooperate with a lower layer on which the capsule rests, to delimit the cavity.
  • the capsules extend over a thermal insulation layer covering the substrate, each capsule having two first feet which pass through the thermal insulation layer, to come into contact with the first two connection pads.
  • the capsules are advantageously separated from each other, without direct physical contact between them.
  • the substrate may be of silicon, and the electrical resistance reading means may be made in CMOS technology.
  • the substrate may be made of glass, and the electrical resistance reading means may be made using TFT technology.
  • the senor further comprises a plurality of photodiodes and light sources distributed under and / or between the capsules.
  • each capsule has a bonnet shape, an upper wall of which is traversed by at least one orifice, and each photodiode and / or each light source extends under the top wall of a capsule.
  • the sensor according to this embodiment preferably has several types of light sources, which differ by a central transmission wavelength.
  • the invention also covers a use of a sensor according to this embodiment, to determine whether or not a papillary impression consists of human living tissue.
  • the invention also relates to a method for manufacturing a sensor according to the invention, the method comprising the following steps:
  • the substrate is made of glass
  • the sacrificial layer is a mineral layer, evacuated by etching with hydrofluoric acid.
  • the substrate is made of silicon
  • the sacrificial layer is an organic layer, evacuated by oxygen plasma etching.
  • the invention finally relates to a method of using a sensor according to the invention, in which the capsules together form a capsule matrix in which the capsules are distributed in parallel lines which each extend over the entire width of the capsule. matrix of capsules, the reading of the electrical resistance of the capsules being carried out line of capsules per line of capsules, and the heating of the capsules being also realized line of capsules by line of capsules and of synchronous way with the reading of the electric resistances.
  • FIGS. 1A and 1B illustrate a first embodiment of a fingerprint sensor according to the invention
  • FIG. 2 illustrates a second embodiment of the impression sensor according to the invention, with better thermal insulation between the capsules and the substrate
  • Figure 3 illustrates a variant of the embodiment of Figure 2
  • FIGS. 4A and 4B illustrate a third embodiment of the impression sensor according to the invention, with means for heating the capsules
  • FIG. 4C illustrates a variant of the embodiment of FIGS. 4A and 4B
  • Figs. 5A and 5B illustrate another variation of the embodiment of Figs. 4A and 4B
  • FIGS. 6A and 6B illustrate a fourth embodiment of the impression sensor according to the invention, with means for heating the capsules
  • FIGS. 8A and 8B illustrate a fifth embodiment of a fingerprint sensor according to the invention, for implementing an active thermal type detection
  • FIGS. 8A and 8B schematically illustrate a sixth embodiment of a fingerprint sensor according to the invention, further incorporating the elements of an optical sensor
  • Figure 9 illustrates in detail a fingerprint sensor of the type illustrated in Figures 8A and 8B.
  • a sensor according to the invention of the fingerprint sensor type is described more particularly, the object to be imaged being constituted by a fingerprint.
  • Figure 1A schematically illustrates a first embodiment of a papillary impression sensor 100 according to the invention, in a sectional view.
  • the impression sensor 100 is of matrix type, that is to say composed of a plurality of sensitive elements, distributed for example in rows and columns.
  • the sensor 100 is configured to allow heat exchange between an imprint to be imaged (not shown), and sensitive elements disposed between a substrate 120 and a contact surface 131.
  • upper and lower refer to a vertical axis (Oz), orthogonal to the substrate, and oriented from the substrate 120 (lower side) to the contact surface 131 (upper side).
  • each sensitive element consists of a three-dimensional structure, called capsule 110.
  • the capsules 110 are made of a thermoresistive material, that is to say whose electrical resistivity is a function of temperature. Therefore, for each capsule, an electrical resistance is measured which varies according to its temperature.
  • the electrical resistance R and the temperature can be connected by:
  • R (T 0 + 9) R (T 0 ) * e TCR * e
  • thermoresistive material is for example made of amorphous silicon (a-Si), in particular hydrogenated amorphous silicon (a-Si: H) which can be doped, for example by boron or germanium atoms.
  • a-Si amorphous silicon
  • a-Si: H hydrogenated amorphous silicon
  • This material has in particular a very good TCR, and good mechanical strength.
  • it is a material with high compliance during deposition, allowing the geometric discontinuities related to the capsule shape do not involve electrical discontinuity. It is compatible with standard TFT and CMOS technologies (see below).
  • resistivity compatible with the standard reading circuits of thermal type impression sensors.
  • the amorphous silicon is mixed with another component within an alloy.
  • an alloy comprising amorphous silicon, in particular hydrogenated amorphous silicon (a-Si: H), for example a-Si x Ge y B z : H, may be used.
  • Each capsule 110 has a bonnet-like shape surrounding a cavity 112.
  • the cover consists of side walls 110B, capped by an upper wall 110A.
  • the upper wall 110A is pierced by at least one orifice 111 or vent, allowing to evacuate a sacrificial layer used to manufacture the capsule (see below).
  • the orifice 111 is represented in the center of the upper wall 110A.
  • the orifice may, however, be positioned elsewhere on the capsule. There may also be several orifices per capsule.
  • the side walls 110B extend substantially vertically, parallel to the axis (Oz). They have a constant height according to (Oz).
  • the upper wall 110A is a flat wall, which extends in a horizontal plane, orthogonal to the axis (Oz). It is in direct physical contact throughout its perimeter, with the upper edges of the side walls 110B.
  • the upper wall 110A here has a square shape, the side walls have a square-based cylinder shape, and the capsule surrounds a rectangular parallelepiped-shaped cavity 112.
  • all the capsules are formed in one piece, connected to each other on the lower side of their respective lateral walls, by peripheral regions that extend directly on the substrate.
  • the walls 110A and 110B of the capsules 110 may have a thickness E of about 1 ⁇ , for example between 0.5 and 2 ⁇ , which is sufficient to confer good mechanical strength to the capsule.
  • the production of the sensitive elements in the form of capsules gives them great mechanical stability, especially with regard to the pressure stresses that can be exerted when a user presses the finger on the contact surface 131 .
  • the upper walls of the capsules together define a detection surface of the impression sensor.
  • Each capsule may have reduced dimensions, so that the capsules are distributed in a step of reduced repetition, especially less than 51 ⁇ , for example 50.8 ⁇ or 25.4 ⁇ .
  • the impression sensor 100 thus provides an image having excellent resolution.
  • the capsules can be arranged very close to each other. For example, two neighboring capsules may be spaced only a few hundred nanometers apart.
  • This filling ratio is for example greater than 0.8 or even 0.9.
  • each capsule 110 rests directly on the substrate 120.
  • the capsules are therefore in contact with the substrate only at a lower peripheral surface, on a lower face of the side walls 110B of the capsules.
  • each capsule is delimited laterally by the side walls 110B of the capsule. On the top, it is delimited by the upper wall 110A of the capsule. Bottom side, it is delimited by a surface on which the capsules rest, here the substrate 120.
  • Each cavity 112 may be filled with a gas such as air, having a low coefficient of thermal conductivity, for example less than 1 Wm -1 .K -1 and even less than 0.03 Wm -1 .K -1 , at 20 ° C and atmospheric pressure In this case, each cavity 112 does not necessarily form a closed volume.
  • each cavity 112 is sealed and evacuated during a sealing process. If necessary, the cavity 112 can then enclose a getter material, to maintain the vacuum quality over time.
  • a getter material, or gas trap limits the appearance of gas in an enclosure. It can act of an easily oxidizable metal such as titanium, or vanadium, zirconium, cobalt, iron, manganese, aluminum or an alloy of these metals.
  • the cavity 112 forms a closed volume.
  • This cavity filled with a gas such as air or a vacuum, provides an excellent thermal insulation between the capsule and the substrate, and more particularly between the upper wall 110A of the capsule and the substrate 120.
  • the substrate 120 is for example a substrate compatible with CMOS technology
  • This variant is particularly suitable for a fingerprint sensor, in which the capsules are distributed in a surface matrix ranging from a few mm 2 to a few cm 2 .
  • the substrate 120 may be a substrate compatible with TFT technology
  • This variant is particularly suitable for a palm impression sensor, in which the capsules are distributed in a large matrix.
  • each capsule receives a circuit for reading the electrical resistance of each capsule.
  • each capsule is electrically connected to two first connection pads 150, here flush with the upper surface of the substrate 120, under the capsules, here under the side walls 110B of the capsules.
  • the first connection pads 150 are made of metal, in particular copper or aluminum. Each first connection pad is here in direct physical contact with a capsule.
  • the first two connection pads 150 are connected to means 160 for reading an electrical resistance, symbolized in the figures by an ohm-meter.
  • the reading of the electrical resistance implements a bias of the capsule in current, respectively in voltage, and a voltage measurement respectively current.
  • the sensor according to the invention thus provides a vertical connection between the capsules 110, and the connection pads connected to the means 160 for reading an electrical resistance.
  • This vertical connection makes it possible to bring the capsules closer to each other, without being limited by the bulk of electrodes which would extend laterally, next to and not below the capsules.
  • Figure 1B illustrates a capsule 110 in a sectional view in a plane parallel to the substrate.
  • the first connection pads 150 shown in transparency, are connected here by a vertical plane, parallel to a diagonal of the upper surface of the capsule.
  • the invention is not limited to this arrangement. Many other arrangements can be envisaged.
  • a rule linking the dimensions of a capsule and the positioning of these pads is described below, ensuring that an electric resistance measuring current flows in the upper walls of the capsules.
  • Figure 1B also illustrates the plane AA ', passing through the first connection pads 150, and corresponding to the plane of the sectional view shown in Figure 1A.
  • the capsules are covered by a protective layer 130, the outer face of which forms the contact surface 131 of the impression sensor.
  • This protective layer provides protection for sensor elements with respect to repeated contact with human tissue.
  • the protective layer 130 also extends in the free space between two neighboring capsules. Alternatively, it extends only above the capsules. It has for example a thickness of about 30 ⁇ , or less.
  • the protective layer 130 is preferably electrically insulating (of electrical resistivity greater than at least a factor of 10 with respect to the capsules), to prevent the finger from shorting the capsules when pressed against the contact surface 131.
  • the protective layer 130 is also thermally conductive. Its thermal conductivity, for example is at least 20 Wm _1 -K 1 at 20 ° C at atmospheric pressure. It allows efficient and limited heat transfer between the contact surface and the capsules.
  • it can be a thick oxide layer, a layer of an epoxy polymer (epoxy paint), a layer of amorphous carbon called DLC (for "Diamond-Like Carbon”), etc. .
  • the protective layer may contribute to hermetically sealing the capsules, covering the orifices 111.
  • the thickness of this very thin protective layer is not sufficient for this hermetic seal, the capsules then being filled, for example, with air.
  • the user places his finger directly on the fingerprint sensor, in direct physical contact with the contact surface 131.
  • a first mode of detection called “passive”
  • the skin is then in direct physical contact with the contact surface 131, at the level of the crests of the fingerprint.
  • the body heat is transferred by conduction from the contact surface 131 to the capsules.
  • the temperature of a capsule indicates whether it is surmounted by a ridge or valley of the footprint.
  • the temperature of the capsules is measured by the means 160 for reading an electrical resistance.
  • the electrical resistance of the capsule is generally between 1 k ⁇ and 10 ⁇ .
  • Each resistance value of a capsule can be converted to gray level, by unrepresented conversion means, to form an image of the fingerprint.
  • a second detection mode called “active" will be described in the following.
  • the quality of the image formed using the sensor according to the invention in particular its contrast, depends in particular on the quality of the thermal insulation between the capsules 110 and the substrate 120.
  • the invention makes it possible to obtain optimized thermal insulation between the capsules and the substrate, thanks to the configuration of the sensitive elements as described above.
  • Each cavity 112 under the capsule has a height H1 which may be less than a few micrometers, for example between 0.2 and 5 ⁇ , in particular 2 ⁇ .
  • This relation defines a threshold value for H2, the height H2 being preferentially lower than this threshold value. It also defines a threshold value for the height H1 under the capsule, which is equal to the height H2 minus the thickness E of the walls of the capsule.
  • H2 preferably satisfies: (a * 2 + 2 * H2 ) ⁇ 2 * a.
  • H2 preferably satisfies: (a + 2 * H2) ⁇ 2 * a.
  • the impression sensor 100 can be realized using the following steps
  • a sacrificial layer on the substrate 120; local etchings (for example by photolithography) of the sacrificial layer, up to the substrate, to form sacrificial pads;
  • thermoresistive material depositing thermoresistive material on and between the sacrificial pads to form the capsule matrix
  • thermoresistive material to form the orifices 111;
  • This manufacturing method provides excellent control of the shape of a capsule and the corresponding cavity, this cavity defining the thermal insulation between the substrate 120 and the top wall 110A of each capsule.
  • This manufacturing process is particularly simple, especially since it is directly the capsules that form the sensitive elements of the impression sensor.
  • the sacrificial layer is etched everywhere, except at the locations intended to form cavities 112.
  • thermoresistive material is deposited, at substantially constant thickness, over all of the lateral and upper surfaces of the sacrificial pads, and between two sacrificial pads.
  • thermoresistive material forming the capsules can be deposited by chemical vapor deposition (CVD), in particular when the impression sensor is made in CMOS technology, or by plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD), in particularly when the impression sensor is made in TFT technology, or by physical vapor deposition (PVD).
  • CVD chemical vapor deposition
  • PECVD plasma-enhanced chemical vapor deposition
  • PVD physical vapor deposition
  • the sacrificial layer may be organic material. It may be a polymer, especially an organic polymer such as polyimide.
  • the sacrificial pads can then be removed by oxygen plasma etching.
  • thermo-resistive material it is possible to realize a fingerprint sensor compatible with TFT technology, on a glass substrate, by producing the capsules using a layer sacrificial polymer (for example polyimide), then removed by oxygen plasma etching, and a PECVD deposit of thermo-resistive material.
  • a layer sacrificial polymer for example polyimide
  • a passivation layer intrinsic to the substrate, protects it and serves as a barrier to oxygen plasma etching.
  • This passivation layer is for example SiN x or SiO x .
  • the substrate is protected by a specific layer, called the etch stop layer, not shown in FIG. 1A, and disposed on the substrate.
  • the sacrificial layer may be made of mineral material. It may be an oxide, for example silicon oxide.
  • the sacrificial pads can then be removed by HF etching (hydrofluoric acid).
  • the substrate must be protected by a stop layer of etching, not shown in Figure 1A, and disposed between the substrate and the capsules. It can be a SiC layer, or AIN, or Al2O3, etc. The thickness of this layer is between 20 and 200 nm, preferably 50 nm. This layer is open at the first connection pads.
  • a fingerprint sensor compatible with CMOS technology can be produced by producing the capsules using a mineral sacrificial layer, subsequently removed by HF etching, and a CVD deposit of thermo-resistive material.
  • EP 2 743 659 describes, in another context, an example of a method using a sacrificial layer subsequently removed by HF etching.
  • FIG. 2 schematically illustrates a second embodiment of a cavity sensor 200 according to the invention, making it possible to improve the thermal insulation of the capsule vis-à-vis the substrate.
  • FIG. 2 will only be described for its differences with respect to the embodiment of FIG. 1A.
  • the reference numbers of FIG. 2 correspond to those of FIG. 1A, the first digit being replaced by a 2.
  • the thermal insulation between the capsules 210 and the substrate 220 is further improved, since the side walls of the capsule are thermally insulated from the substrate by a thermal insulation layer 270, which extends here under these side walls.
  • a thermal insulation layer 270 which extends here under these side walls.
  • Each capsule here rests directly on the thermal insulation layer 270, on an entire lower face of the side walls of said capsule.
  • the thermal insulation layer 270 itself extends directly onto the substrate.
  • first connection pads 250 and the capsule 210 In order to ensure electrical contact between the first connection pads 250 and the capsule 210, the latter also has two first legs 213, or vias, which each extend vertically from the top wall of the capsule to a first connection pad 250, through the thermal insulation layer 270.
  • Each first foot 213 has a section (dimension in a plane orthogonal to (Oz)) reduced, for example between 0.5 ⁇ and 2 ⁇ , preferably 1 ⁇ .
  • the first legs 213 can be positioned anywhere on the capsule, from its upper wall 210A to the substrate.
  • the first legs 213 pass through the cavity 212, spaced from the side walls 210B of the capsule.
  • the distance between the first two feet 213 of a capsule defines a range of electrical resistances measured between the two first connection pads 250 corresponding (associated with a temperature range of the capsule).
  • This distance can be adjusted to adapt this range of electrical resistances to the parameters of a read circuit forming the means for reading an electrical resistance (see FIG. 1A).
  • This distance can in particular be adjusted so as to minimize the noise on electric currents read by these means for reading an electrical resistance.
  • first legs 213 extend inside the cavity 212, at two corners associated with a first diagonal of the upper surface of the capsule.
  • the sensor of FIG. 2 can be produced by a method similar to the method described above, and using the following steps:
  • this thermal insulation layer also having a stop function of the etching (to protect the lower layers during the evacuation of the sacrificial pads); depositing a sacrificial layer on the layer 270;
  • thermoresistive material depositing thermoresistive material on and between the sacrificial pads, and in the channels, to form the capsule matrix with the feet 213;
  • thermoresistive material to form the orifices
  • the layer 270 may be AIN, ⁇ 2 ⁇ 3, SiC, amorphous carbon, DLC and optionally polyimide.
  • the layer 270 may be SiN, SiO 2 or SiON.
  • FIG. 3 schematically illustrates a variant of this second embodiment of a fingerprint sensor.
  • FIG. 3 will only be described for its differences with respect to the embodiment of FIG. 2.
  • the numerical references of FIG. 3 correspond to those of FIG. 2, the first digit being replaced by a 3.
  • the capsules are physically isolated from each other, without direct physical contact between them. They are thus thermally and electrically isolated from each other, which improves the contrast of an image of the impression obtained using the impression sensor 300 according to the invention.
  • thermo-resistive material of the capsules does not extend between the capsules, on the substrate side.
  • thermo-resistive material of the capsules also extends between the capsules, at the same height and the same thickness as their respective upper walls.
  • Trenches 314 extend into this thermoresistive material, between the capsules, to isolate the capsules from each other.
  • the trenches 314 separating the capsules together form a grid consisting of a first series of parallel trenches intersecting with a second series of parallel trenches.
  • the stop functions of the thermal etching and insulation are filled by two different layers.
  • a etch stop layer 340 extends above the thermal insulation layer 370, which itself extends on the substrate 320.
  • the layer 370 is deposited directly on the substrate, without a layer. intermediate, and the layer 340 is deposited directly on the layer 370, without intermediate layer.
  • the sensor of FIG. 3 can be produced by a method similar to the method described above, and using the following steps:
  • thermoresistive material in the interstices between the sacrificial pads, and above them, and in the channels, to form the matrix of capsules with the feet;
  • thermoresistive material to form the orifices 311 in the capsules 310, and the trenches 314 between the capsules;
  • the sacrificial pads at locations for forming the separation spaces between the capsules may together form a grid, with a sacrificial pad associated with a capsule in each hole of the grid. This method is particularly advantageous since the separation of the capsules is carried out in the same technological step as the etching of the orifices in the capsules.
  • the impression sensor differs from the sensor of FIG. 1A or 2 only in that the portions of the thermo-resistive material between the capsules, on the substrate side, are opened by trenches separating adjacent capsules.
  • each capsule heats more or less, or not at all, depending on whether it is surmounted by a ridge or by a valley of the impression.
  • the temperature of the sensor can be homogenized, so that the temperature difference between a capsule associated with the peaks and a capsule associated with valleys of the footprint decreases. This results in a loss of contrast in the image of the print.
  • the same problem arises if from the beginning, the temperature of the capsules and the temperature of the finger are equal.
  • It can be conductive heat exchange, when there is direct contact between the skin tissues and the contact surface, at the crests of the impression.
  • the heat exchange being more efficient by conduction than by convection, the variation of the temperature of each capsule varies, according to whether it is under a crest or under a valley of the imprint.
  • the heating of the capsules makes it possible to break the thermodynamic equilibrium that can be established within the impression sensor, in order to preserve a contrasting image of the impression.
  • This heating can also improve a contrast of the image of the impression, in a passive detection mode, when the initial temperature of the capsules is too close to the temperature of the finger, and / or to avoid saturation of the sensor, if this temperature difference is too high. In practice, one can then implement the heating for a second acquisition, if the first acquisition does not provide sufficient contrast.
  • the heating of a capsule can be achieved by heating the capsule directly, thanks to its thermo-resistivity properties, or by heating an external element that will heat the capsule by thermal conduction.
  • Figures 4A and 4B illustrate a third embodiment of the impression sensor according to the invention, for heating the capsules.
  • FIG. 4A will only be described for its differences with respect to the embodiment of FIG. 3.
  • the reference numerals of FIG. 4A correspond to those of FIG. 3, the first digit being replaced by a 4.
  • the thermal insulation layer 470 also has a stop function of etching, so that there is no stop layer of the specific etching.
  • FIG. 4B is a view from above of a capsule 410 as represented in FIG.
  • FIG. 4B illustrates in particular the plane BB ', corresponding to the plane of the sectional view represented in FIG. 4A.
  • the plane BB ' is orthogonal to a plane AA', passing through the first legs 413 as described with reference to FIG. 2.
  • FIG. 4A thus differs from FIG. 3 in that it corresponds to the section plane BB '. and not at the cutting plane AA '.
  • Each capsule 410 is heated by a metallic filament, shown in thick black line, and forming a heating element on the capsule (see Figures 4A and 4B).
  • the metal filaments are for example Ti, TiN, Al, etc.
  • each metal filament of a capsule is formed in one piece, and distinct from the metal filaments of the other capsules.
  • Each metal filament is electrically connected to a power source
  • each of the two second legs 483 extends to a second connection pad 482, passing through the thermal insulation layer 470.
  • an electrical insulation layer 485 extends directly between the upper surface of the capsule 483 and the metal filament 480, except above the second legs, in two regions 486 of the metal filament.
  • heating polarization current is injected.
  • the current flows successively in a second connection pad 482, then a second foot 483, then in the metal filament, then in the other second foot 483 and to the other second connection pad 482.
  • the metal filament has an electrical resistance of the order of 100 ⁇ , for example between 50 ⁇ and 200 ⁇ .
  • the intensity of the current is sufficient to heat the metal filament, for example to increase its temperature by several degrees Celsius.
  • Each metal filament 480 thus heated will in turn heat the capsule by conduction through the electrical insulation layer 485.
  • the metal filaments can increase the average temperature of the capsules by several degrees Celsius.
  • the electrical insulation layer 485 can close an orifice passing through the upper wall of the corresponding capsule. Alternatively, it is engraved at the same time as the capsule, the orifice passing through both the electrical insulation layer and the capsule. In a variant, it does not extend above an orifice of the capsule.
  • the electrical insulation layer 485 may be an alloy comprising silicon, such as SiN or SiC, or an oxide such as SiO.
  • Figure 4B illustrates more particularly the shape of a metal filament, above a capsule.
  • the metallic filament 480 is in the form of an assembly of straight lines and curved lines.
  • two circles extend concentrically in the center of the upper surface of the capsule.
  • a segment extends from said region to the small circle, crossing the large circle. This segment is aligned on an axis connecting the two regions 486, or in other words on a diagonal of the upper surface of the capsule.
  • the regions 486 as described above here respectively extend at two corners of the upper surface of the capsule, on a diagonal thereof.
  • Figure 4C illustrates an example of another embodiment, in which the metal filament 480 'extends in a single coil.
  • the metal filament does not extend in a straight line, to occupy a large surface area on the capsule and thus optimize heating of the capsule.
  • FIGS. 5A and 5B illustrate a variant of the embodiment of FIGS. 4A and
  • FIG. 5A will only be described for its differences with respect to the embodiment of FIG. 4A.
  • the reference numbers of FIG. 5A correspond to those of FIG. 4A, the first digit being replaced by a 5.
  • the metal filament 580 is in direct physical contact with the capsule 510 throughout its entire extent.
  • Figure 5B corresponds to Figure 4B. It can be seen that the metal filament 580 extends in a straight line. This straight line extends orthogonal to a vertical plane 587, shown in phantom, connecting the first two feet 513 (shown in transparency in Figure 5B).
  • the plane 587 corresponds to the cutting plane AA 'as described above.
  • This arrangement allows the current lines from a first end region 586 of the metal filament to flow only to the other end 586, so that it is no longer necessary to electrically isolate the metal filament 580 and the capsule .
  • the at least one orifice (not shown), passing through the upper surface of the matrix, is spaced from the metal line 580.
  • FIGS. 6A and 6B illustrate a fourth embodiment of impression sensor 600 according to the invention, making it possible to heat the capsules.
  • FIG. 6A corresponds substantially to the embodiment of FIG. 3, except in particular the location of the first legs 613. These first legs 613 are connected here by a vertical plane passing through the midpoints of two opposite sides of the upper wall.
  • a single thermal insulation layer 670 also acts as a stop layer for etching.
  • Figure 6B is a top view of the impression sensor.
  • Figure 6B illustrates the plane CC of the section shown in Figure 6A.
  • each capsule 610 is heated by thermo-resistive components 690, or resistors, forming by Joule effect heating dipoles between the capsules.
  • thermoresistive components 690 may consist of the same material as the capsules, or more preferably of a metal.
  • thermo-resistive component 690 extends between two adjacent capsules, preferably directly on the substrate 620, or even optionally on a thin layer of hooked, not shown, disposed directly between the substrate and said component. If necessary, the thermoresistive component 690 extends under the thermal insulation layer 670. Each thermo-resistive component 690 extends near a first foot 613 of a capsule, here between two first legs 613 of two neighboring capsules.
  • thermoresistive components are not in direct physical contact with the feet 613, to avoid electrically shorting the capsules, especially when these components are metallic.
  • thermoresistive components are made of the same material as the capsules, they can be in direct physical contact with the capsules.
  • thermoresistive component 690 is electrically connected to a current source 691, via two second bond pads 692, flush with the upper surface of the substrate 620.
  • the current source 691 supplies a bias current, which here heats the thermo-resistive component by Joule effect.
  • the heat travels by conduction from a thermoresistive component to the top wall of the capsule through a first leg 613 thereof.
  • thermoresistive component it is possible to realize a foot extending from the top wall of the capsule to the substrate, and specifically dedicated to the conduction of heat, from such a thermoresistive component to the upper wall of the capsule.
  • Figure 6B illustrates the matrix of capsules 610, distributed in a square mesh, and spaced apart from each other.
  • the width of the capsule matrix designates one of its dimensions in a plane parallel to the substrate. This is not necessarily the biggest dimension.
  • thermoresistive components extend in parallel lines, called heating lines, which each extend over the entire width of the capsule matrix.
  • Each heating line may consist of several thermo-resistive components connected in series, one after the other, or preferably of a single thermoresistive component which extends from one end to the other of the matrix of capsules.
  • Each row of capsules corresponds to a heating line.
  • the electrical signals of the capsule lines of the capsule matrix are integrated one after the other, from bottom to top (or from top to bottom).
  • the heating lines are activated one after the other, from bottom to top (or from top to bottom), and synchronously with the integration of the signals of the capsule lines. Only the capsule line whose signal is integrated is heated by the adjacent heating line (s).
  • the same heating line heats the two lines of adjacent capsules.
  • the feet 613 are arranged on a capsule so that only one of them is located near a heating line, so that the activation of a heating line only heats a single line of capsules.
  • FIG. 7A illustrates a capsule of a fifth embodiment of a fingerprint sensor according to the invention, in a view from above.
  • This embodiment is adapted to an active detection mode.
  • each capsule 710 is heated directly, here by a current source 701, by exploiting the thermo-resistivity properties of the material forming the capsules.
  • the plane AA' passes through the first connection pads 750, and, if appropriate, by the first feet of the capsule.
  • the first connection pads are dedicated to the connection to the electrical resistance reading means 760, as described above.
  • the sectional view of this embodiment, in the section plane BB "illustrated in FIG. 7A, corresponds to FIG. 4A or 5A, without the metal filaments and any electrical insulation layers between these filaments and the capsules.
  • Each capsule therefore has two second feet, not shown, each of which extends vertically to the substrate, up to two respective connection pads 701 for connection to a current source 781.
  • the current source 701 provides a bias current, which heats the capsules by Joule effect.
  • the spacing D1 between the two second vertical feet is adapted to the value of the bias current, and to an energy that is desired to dissipate in the capsule, for example between 0.1 and 1 mW.
  • a resistance of 1 k ⁇ is required, much lower than a resistance measured between two corners of the capsule, of the order of one ⁇ .
  • the spacing D1 between the two second feet is less than a spacing D2 between the first two connection pads 750, and where appropriate between the first two feet.
  • the intensity of the current delivered by the current source 701 is sufficient to heat the capsule, for example to increase its average temperature by several degrees Celsius.
  • the current source 701 forms heating means. It is connected to control means 704 for operating these heating means for a predetermined time interval.
  • FIG. 7B illustrates a current pulse supplied by the current source 701 (constant current lo between times t 1 and t 2 , and zero anywhere else).
  • This current pulse provides the capsule with constant power in the form of heat, between times t 1 and t 2 (see FIG. 7B).
  • the means 760 for reading the electrical resistance of the capsule are therefore connected to comparison means 705, for measuring a variation of the electrical resistance of the capsule between two instants, in particular between the instant of starting of the heating of the capsule, and the instant of end of this heating, here between ti and t 2 .
  • the variation of electrical resistance can be converted to gray level to form an image of the fingerprint.
  • a single pair of connection pads connects the capsule to the current source 701 or the means 760 for reading the electrical resistance, depending on the state of a switch.
  • the capsule is first heated, then its resistance is read. For example, a large current is injected to heat the capsule, and a specific current to read its resistance.
  • a single pair of connection pads connects the capsule to the means 760 for reading the electrical resistance, also forming a current source for heating the capsule.
  • a current is injected to heat the capsule (by applying a fixed voltage for example), then the value of the resistance is read by measuring the injected current.
  • each of the embodiments of FIGS. 4A to 7B several capsules can share the same current source, for example being simultaneously connected to the same current source, or alternatively depending on the state of a switch.
  • all the capsules of the same line of capsules of a matrix sensor are advantageously connected simultaneously to the same current source.
  • All the embodiments and variants described with reference to FIGS. 4A to 7B implement heating of the capsules by means of a bias current and one or more current sources.
  • the heating uses a bias voltage, thanks to one or more voltage sources.
  • Each of the embodiments providing means for heating the capsules may comprise control means and comparison means as described in FIGS. 7A and 7B, for an active detection mode.
  • the capsules can be divided into a single line of capsules, the finger (respectively the hand) being moved (e) above this line of capsules to detect the entire footprint.
  • the different embodiments can be combined with each other, for example to provide, in the same impression sensor, different means for heating the capsules.
  • capsules may share the same electrical resistance measuring means, being connected thereto alternately, depending on the state of a switch.
  • a thin layer of hooking may extend directly under the sidewalls of each capsule, ensuring that it does not short circuit the capsule.
  • a thin layer of electrical contact recovery can be deposited on the first and / or second connection pads, to facilitate the resumption of electrical contact with the capsule, in particular at a first and / or a second foot of the capsule.
  • This electrical contact recovery layer comprises, for example, titanium or tantalum. It is for example Ti, Ta, TiN, Ti / TiN, TaN, or Ta / TaN. It is advantageously deposited directly on the substrate, then etched everywhere except above the connection pads.
  • photodiodes and light sources extend in, or above, this substrate.
  • Each photodiode and each light source can extend under a capsule, or between neighboring capsules.
  • the light sources emit towards the contact surface of the sensor.
  • the spatial distribution of the capsules, photodiodes and light sources corresponds to three interwoven matrices, so that optical and thermal measurements relate to the same region of a studied object.
  • This combines a thermal sensor and an optical sensor that can each be associated with the same detection surface.
  • each capsule Preferably, it is cleverly exploited orifices, or events, present in each capsule, and for discharging a sacrificial material used to build the capsules.
  • the photodiodes and / or the light sources are placed under capsules, that is to say between the substrate and the upper wall of a capsule.
  • the thermal and optical measurements are advantageously carried out simultaneously.
  • the photodiodes each extend under a capsule, so that there is no spatial shift between thermal pixels formed by the capsules and optical pixels formed by photodiodes.
  • the orifices are covered by one or more layers such as a protective layer, or a thin layer of electrical insulation (see FIG. 4A), this layer is then transparent, over all or part of the spectral sensitivity spectrum of the photodiodes, and / or all or part of the emission spectrum of the light sources (transmission rate greater than 80%).
  • DLC for example, is transparent in the visible.
  • the photodiodes may each consist of a diode PiN (for the English “Positive Intrinsic Negative Diode”) formed above the substrate, or a photodiode formed directly in the substrate material (in particular in a semiconductor substrate receiving connection circuits made in CMOS technology, hereinafter referred to as "CMOS substrate").
  • CMOS substrate a semiconductor substrate receiving connection circuits made in CMOS technology
  • the same capsule may cover a single photodiode, or a light source alone, or both.
  • an opaque wall may extend inside the capsule, between the light source and the photodiode, to stop light radiation at the emission wavelength of the light source.
  • This wall may be made of the same material as the capsule. This wall may extend over the entire height of the cavity defined by the capsule.
  • the light source is surrounded by a metal wall, to block light rays propagating laterally.
  • the light sources may be light emitting diodes (LEDs), in particular LEDs based on gallium nitride (GaN). Each LED is advantageously disposed between the substrate and the upper wall of a capsule.
  • the light sources may be organic light-emitting diodes (OLEDs), produced on the substrate, outside each capsule, between neighboring capsules.
  • Each OLED advantageously has an elongate shape, parallel to capsule lines and lines of photodiodes.
  • Each OLED can in particular extend over the entire width of an optical sensor formed by the photodiodes.
  • the same sensor may have several types of light sources, each having emission spectra centered on different wavelengths. These several types of light sources may differ only in the nature of a higher wavelength conversion layer.
  • the light sources may for example together form a matrix RGB, consisting of light sources emitting respectively in red, blue or green.
  • the position of this orifice, respectively of one of these orifices is advantageously aligned with the position of the photodiode, along a vertical axis orthogonal to the substrate.
  • the orifice may have a spatial filtering function, thanks to a suitable shape (this shape may be circular, square, or any other arbitrary shape).
  • the position of this orifice, respectively of one of these orifices can be aligned with the position of a light source under a capsule, along a vertical axis orthogonal to the substrate.
  • the orifice can thus have a collimation function.
  • each capsule may have two orifices exactly, one being aligned with a photodiode under the capsule and the other with a light source under the capsule.
  • the upper wall of a capsule may have more than two orifices, to increase the luminous flux passing between the inside and the outside of the capsule.
  • a capsule receiving both a photodiode and a light source may however have a single orifice.
  • Each orifice may have a circular section.
  • other forms can be implemented, for example a slot shape, square shape, or any other arbitrary form.
  • the light sources are LEDs each located under a capsule, they can furthermore form means for heating a capsule, for the implementation of an active detection mode as described above.
  • FIGS 8A and 8B illustrate an example of this embodiment of the invention.
  • FIGS. 8A and 8B more particularly illustrate a pixel of a sensor according to this embodiment of the invention, each pixel comprising a capsule 810 covering a light source 8010 and a photodiode 8020.
  • Figure 8A is a top view of this pixel.
  • Figure 8A illustrates more particularly the upper wall of the capsule 810, pierced by two orifices 811, or vents.
  • Figure 8B illustrates this pixel schematically, and in sectional view.
  • the center of one of the orifices 811 is aligned with the center of the light source 8010, and the center of the other of the orifices 811 is aligned with the center of the photodiode 8020, according to respective vertical axes parallel to (Oz).
  • a wall 8030 extends inside the capsule 810, and delimits two distinct cavities, one of which receives the photodiode 8020 and the other receives a light source 8010.
  • the wall 8030 makes it possible to prevent light rays emitted by the light source 8010 from being received directly by the photodiode 8020.
  • the wall 8030 is constituted here of the same material as the capsule 810.
  • Each orifice 811 allows the evacuation of the material of the sacrificial layer on one side or the other of the wall 8030.
  • the light source 8010 is here a GaN-based LED.
  • the light source 8010 emits light radiation towards the contact surface 831 of the sensor according to the invention.
  • the light rays propagate to a footprint pressed against this contact surface. They are backscattered on this footprint and return to the photodiode 8020.
  • the photodiode thus allows the acquisition of an image of the imprint.
  • FIGS. 8A and 8B corresponds otherwise to the embodiment of FIGS. 4A and 4B.
  • the light sources are LEDs, in particular GaN-based LEDs, these are formed on the substrate, before the photodiodes are made when the photodiodes are PiN diodes, if the photodiodes are formed directly in the substrate ( preferably a CMOS substrate).
  • LEDs preferably GaN based LEDs
  • the LEDs (preferably GaN-based LEDs) can be formed first on an original substrate and then hybridized to the CMOS substrate.
  • LEDs preferably GaN-based LEDs
  • PiN diodes can be made on the same substrate
  • capsules can be formed (see Figure 9 and description below).
  • each capsule then covers a set of an LED and a photodiode.
  • PiN diodes are produced on a CMOS substrate (at the locations etched with an electrical insulator), and then capsules are formed on this substrate (after deposition of a stop layer of etching on the structure comprising the diodes PiN), and finally OLEDs are made between the capsules (after resumption of contact to the CMOS substrate).
  • CMOS substrate at the locations etched with an electrical insulator
  • capsules are formed on this substrate (after deposition of a stop layer of etching on the structure comprising the diodes PiN), and finally OLEDs are made between the capsules (after resumption of contact to the CMOS substrate).
  • OLEDs are performed after the capsules.
  • LEDs preferably GaN based LEDs
  • PiN diodes are made on top of an electrical insulator covering the LEDs, and finally a barrier layer is deposited. engraving and form the capsules.
  • This mode embodiment involves the production of TFT type driving transistors.
  • each capsule then covers a set of an LED and a photodiode.
  • PiN diodes are produced on a glass substrate (after making TFT control transistors), then the capsules are formed, and finally OLEDs are produced between the capsules. PiN diodes can also extend outside capsules.
  • the PiN diodes are produced on a glass substrate (after making TFT control transistors), then the capsules are formed, and LEDs (preferably GaN based LEDs) are transferred between the capsules.
  • PiN diodes can also extend outside capsules.
  • FIG. 9 illustrates in detail a pixel of the type of that of FIGS. 8A and 8B, made by GaN-based LED transfer on a CMOS substrate.
  • the CMOS substrate 920 has a series of conductive tracks 921.
  • the GaN-based LEDs are produced on the CMOS substrate 920.
  • active stacks of LED 9010 are formed, each of which extends above a respective conductive track 921 of the CMOS substrate.
  • a respective metal pad 9011 extends between each active LED stack and the corresponding conductive track 921, in direct physical contact therewith.
  • a first layer 9041 of electrical insulation is deposited between the active stacks of LEDs, a metal deposit 9012 forming a cathode (or anode) is produced on each active stack of LEDs, and the whole is covered with a second layer 9042 of FIG. electrical insulation.
  • the metal deposits 9012 are connected to the CMOS circuits through vias, not shown.
  • a matrix of photodiodes, interleaved with the LED array, is formed on top of the same CMOS substrate.
  • the two layers 9041, 9042 of electrical insulation are etched locally.
  • the deposition and etching of a PiN 9020 amorphous silicon structure is then performed at the etched locations.
  • Each PiN structure is made of a metal deposit 9022 forming anode or cathode, and the whole is covered with a third layer 9043 of electrical insulation.
  • the metal deposits are connected to CMOS circuits thanks to vias, not shown.
  • Each PiN structure forms a photodiode.
  • the third layer 9043 of electrical insulation is covered with a stop layer of etching, not shown, to protect the structure thus produced during the production of the capsules, and in particular during the evacuation of the material of the layer sacrificial implementation to build the capsules.
  • Electrical insulators 9041, 9042, 9043 can also fulfill a thermal insulation function.
  • the capsules 910 are then made as described above.
  • detection of the living is used to determine whether or not a papillary impression consists of living human tissue.
  • the inventors have noticed that the detection of living presents better results with optical measurements than with thermal measurements.
  • detection of the living is carried out by measurements of the response of a fingerprint to a predetermined illumination (DRS measurements, for "Diffuse Reflectance Spectroscopy”).
  • DRS measurements for "Diffuse Reflectance Spectroscopy”
  • DRS measurements are made using a central light point, and looking at the footprint response at various distances.
  • an attenuation curve of the light intensity returned by the imprint is measured, preferably for different wavelengths.
  • Living detection may involve the estimation of an absorption coefficient and a reduced diffusion coefficient.
  • the patent application FR 1563180 filed on December 23, 2015, describes such a method of recognizing the living, in which a luminous point is not used, but illuminating figures consisting of dark bands and light bands.
  • the absorption and reduced diffusion coefficients are determined by minimizing a difference between a predictive model of the response of a fingerprint to a known illumination function (sine, step, slot, lines, etc.), and the response of the footprint actually measured in response to this illumination.
  • the predictive model can consist of the convolution of the illumination function, with the impulse response of a medium whose values of said coefficients are known. The values of said coefficients associated with the predictive model are then sought which minimizes the difference between the predictive model and the measured response.
  • the illumination function is preferably a function of a single dimension of space, the light sources being switched on to form light lines.
  • a light line may consist of a series of LEDs based on GaN, each disposed under a capsule, advantageously with respect to a slot-shaped orifice.
  • a light line may consist of one or more elongated OLEDs.
  • the illumination function is advantageously a sinus function.
  • the response of the imprint to this function can be obtained using three images acquired in response to three respective illumination figures, each consisting of light bands and dark bands distributed over the same period and in three different phases ( 0 °, 120 °, 240 °).
  • the first two feet providing the electrical connection between the top wall of the capsule and the means for reading an electrical resistance, may be formed of metal, rather than made of the same material as capsules. It is the same for the possible two second feet.
  • the object to be imaged is not limited to a papillary impression, as indicated in the introduction.
  • the object to be imaged may especially consist of an object that does not have the same temperature everywhere, or whose contours are simply to be identified on the contact surface.

Abstract

The invention relates to a sensor (300) of thermal patterns of an object, in particular a papillary print, comprising a contact surface for applying the object thereto, and configured to allow thermal exchanges between this object and sensitive elements situated above a substrate and under said contact surface. These sensitive elements are formed by a series of three-dimensional structures (310), termed capsules, formed of thermo-resistive material. Each capsule (310) delimits the lateral and upper boundaries of a gas-filled or vacuum-sealed cavity, and is connected to means for reading its electrical resistance, by two first connection pads situated in or on the substrate. Such a sensor offers an excellent rate of filling of the detection surface by the sensitive elements, namely the capsules. Furthermore, the air or the vacuum contained in the capsules insulates them from the substrate, thereby contributing to the quality of an image of the object, formed with the aid of the sensor.

Description

CAPTEUR DE MOTIFS THERMIQUES À CAPSULES THERMO-RESISTIVES  SENSOR OF THERMAL PATTERNS WITH THERMO-RESISTIVE CAPSULES
DESCRIPTIONDESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE TECHNICAL AREA
L'invention concerne le domaine des capteurs ou détecteurs de motifs thermiques, ou capteurs de l'empreinte thermique d'un objet, pour imager les motifs thermique d'un objet, dit objet à imager. The invention relates to the field of thermal pattern sensors or detectors, or sensors of the thermal impression of an object, for imaging the thermal patterns of an object, said object to be imaged.
De tels capteurs forment des transducteurs d'une variation temporelle de température, en une différence de potentiels ou de courants. Ils mesurent notamment une répartition en deux dimensions de la masse thermique d'un objet avec lequel ils sont en contact physique direct, et même de sa capacité thermique et/ou de sa conductivité thermique.  Such sensors form transducers of a temporal variation of temperature, in a difference of potentials or currents. They measure in particular a two-dimensional distribution of the thermal mass of an object with which they are in direct physical contact, and even of its thermal capacity and / or its thermal conductivity.
Un tel capteur peut former un appareil d'analyse de type spectromètre de masse, ou débitmètre (en chauffant l'objet en un emplacement et en mesurant jusqu'où la chaleur se propage). Il peut notamment former des moyens de mesures en diverses profondeurs dans un objet, en faisant varier des puissances injectées pour chauffer l'objet, et des temps de mesure.  Such a sensor can form a mass spectrometer, or flow meter, type of analyzer (by heating the object in one location and measuring how far the heat is propagating). It can in particular form measuring means at various depths in an object, by varying injected power to heat the object, and measurement times.
Il peut former en particulier un capteur d'empreinte papillaire, pour imager une empreinte liée aux plis particuliers de la peau, en particulier une empreinte digitale, mais également une empreinte palmaire, plantaire, ou phalangeaire. Ces diverses empreintes sont désignées ensemble sous le terme d'empreintes papillaires.  It can form in particular a papillary impression sensor, for imaging an imprint related to the particular folds of the skin, in particular a fingerprint, but also a palm footprint, plantar, or phalangeal. These various imprints are collectively referred to as papillary impressions.
Un tel capteur d'empreinte papillaire utilise une différence d'impact thermique, sur une surface de contact, entre des régions en contact physique direct avec le doigt, au niveau des crêtes de l'empreinte, et des régions hors contact physique direct avec le doigt, au niveau des vallées de l'empreinte. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Such a papillary impression sensor uses a difference in thermal impact, on a contact surface, between regions in direct physical contact with the finger, at the level of the crests of the impression, and regions that are not in direct physical contact with the finger. finger, at the valleys of the footprint. STATE OF THE PRIOR ART
On connaît dans l'art antérieur différents types de capteurs de capteurs de motifs thermiques, en particulier des capteurs d'empreinte papillaire. Various types of thermal pattern sensor sensors, in particular papillary impression sensors, are known in the prior art.
On connaît par exemple des capteurs basés sur les propriétés pyroélectriques d'un matériau tel que le PVDF. Un tel matériau ne mesure cependant que des variations de température en fonction du temps. Après un intervalle de temps très court, les températures se stabilisent et l'image obtenue est insuffisamment contrastée.  For example, sensors based on the pyroelectric properties of a material such as PVDF are known. Such a material, however, only measures temperature variations as a function of time. After a very short time interval, the temperatures stabilize and the image obtained is insufficiently contrasted.
On connaît également des capteurs basés sur les propriétés thermo-résistives d'un matériau, dont la résistance est fonction de la température.  Sensors based on the thermo-resistive properties of a material whose resistance is a function of temperature are also known.
Lorsqu'on pose le doigt sur le capteur, le contact avec le doigt chauffe le matériau thermo-résistif. La température du matériau thermo-résistif varie, selon qu'il soit recouvert par une région du doigt correspondant à une crête de l'empreinte digitale, ou à une vallée de l'empreinte digitale. On peut ainsi former une image de l'empreinte digitale.  When you put your finger on the sensor, the contact with the finger heats the thermo-resistive material. The temperature of the thermoresistive material varies, depending on whether it is covered by a region of the finger corresponding to a crest of the fingerprint, or a valley of the fingerprint. It is thus possible to form an image of the fingerprint.
Le document US 6,633,656 décrit un exemple d'un tel capteur. Le matériau thermo- résistif est l'oxyde de vanadium (VOx). Il est déposé sous la forme d'une couche pixellisée, directement sur un substrat, ou isolé de celui-ci par une couche d'un matériau isolant. US 6,633,656 describes an example of such a sensor. The thermoresistive material is vanadium oxide (VO x ). It is deposited in the form of a pixellated layer, directly on a substrate, or isolated therefrom by a layer of an insulating material.
Malgré la présence éventuelle du matériau isolant, la chaleur est transmise rapidement de la couche de VOx vers le substrat, ce qui nuit au contraste de l'image obtenue. Despite the possible presence of the insulating material, the heat is transmitted rapidly from the VO x layer to the substrate, which adversely affects the contrast of the image obtained.
On connaît également le capteur d'empreinte digitale décrit dans l'article de Ji-Song The fingerprint sensor described in the Ji-Song article is also known.
Han, « Thermal Analysis of Fingerprint Sensor Having a Microheater Array », International Symposium on Micromechatronics and Human Science, 1999 IEEE. Han, "Thermal Analysis of Fingerprint Sensor Having a Microheater Array," International Symposium on Micromechatronics and Human Science, 1999 IEEE.
Dans cet article, les auteurs étudient les caractéristiques d'un capteur thermique dans lequel chaque pixel est constitué d'un barreau de silicium.  In this article, the authors study the characteristics of a thermal sensor in which each pixel consists of a silicon bar.
Le barreau de silicium présente une région centrale, formant la zone sensible d'un pixel du capteur, encadrée par deux régions latérales recevant des électrodes.  The silicon bar has a central region, forming the sensitive zone of a pixel of the sensor, flanked by two lateral regions receiving electrodes.
Le barreau de silicium est chauffé, la détection exploitant les propriétés de transmission de chaleur entre le barreau de silicium et la peau. La zone sensible du barreau de silicium est également encadrée par deux cavités, gravées dans le substrat. Ces deux cavités se rejoignent sous la zone sensible, et améliorent une isolation thermique entre le barreau de silicium et le substrat. The silicon bar is heated, the detection exploiting the heat transfer properties between the silicon bar and the skin. The sensitive zone of the silicon bar is also framed by two cavities etched in the substrate. These two cavities meet under the sensitive zone, and improve a thermal insulation between the silicon bar and the substrate.
Un inconvénient de cette réalisation est notamment que le taux de remplissage surfacique des éléments sensibles, ici les régions centrales des barreaux de silicium, est limité, notamment par l'encombrement latéral des cavités gravées.  A disadvantage of this embodiment is that the surface filling ratio of the sensitive elements, here the central regions of the silicon bars, is limited, in particular by the lateral size of the etched cavities.
Un objectif de la présente invention est de proposer un capteur de motifs thermiques tels qu'une empreinte papillaire, présentant à la fois une isolation thermique optimisée entre les éléments sensibles et un substrat, et un fort taux de remplissage des éléments sensibles.  An object of the present invention is to provide a thermal pattern sensor such as a papillary impression, having both an optimized thermal insulation between the sensitive elements and a substrate, and a high degree of filling of the sensitive elements.
EXPOSÉ DE L'INVENTION STATEMENT OF THE INVENTION
Cet objectif est atteint avec un capteur de motifs thermiques d'un objet, en particulier une empreinte papillaire, comprenant une surface de contact pour y appliquer l'objet, et configuré pour permettre des échanges thermiques entre cet objet, et des éléments sensibles situés au-dessus d'un substrat, sous ladite surface de contact. This objective is achieved with a thermal pattern sensor of an object, in particular a papillary impression, comprising a contact surface for applying the object, and configured to allow heat exchange between this object, and sensitive elements located at the object. above a substrate, under said contact surface.
Selon l'invention, le capteur comprend une série de structures tridimensionnelles, dites capsules, formées en matériau thermo-résistif et formant lesdits éléments sensibles.  According to the invention, the sensor comprises a series of three-dimensional structures, called capsules, formed of thermo-resistive material and forming said sensitive elements.
De préférence, ce matériau est constitué plus particulièrement de silicium amorphe ou d'un alliage comprenant du silicium amorphe. On désigne alors également par le terme « silicium amorphe », un silicium amorphe hydrogéné, dopé au germanium (Ge) et/ou au bore (B).  Preferably, this material is more particularly constituted by amorphous silicon or an alloy comprising amorphous silicon. The term "amorphous silicon" is also used to denote a hydrogenated amorphous silicon, doped with germanium (Ge) and / or with boron (B).
Chaque capsule délimite les frontières latérale et supérieure d'une cavité remplie d'un gaz ou scellée sous vide.  Each capsule delineates the lateral and upper boundaries of a cavity filled with gas or sealed under vacuum.
Chaque capsule est connectée à des moyens de lecture de sa résistance électrique, par deux premiers plots de connexion situés dans ou sur le substrat.  Each capsule is connected to means for reading its electrical resistance, by two first connection pads located in or on the substrate.
La configuration des éléments sensibles, sous la forme de structures tridimensionnelles situées au-dessus du substrat, et délimitant les frontières latérale et supérieure d'une cavité remplie d'un gaz ou scellée sous vide, réalise une excellente isolation thermique entre le substrat et ces éléments sensibles. The configuration of the sensitive elements, in the form of three-dimensional structures located above the substrate, and delimiting the lateral and upper of a cavity filled with a gas or sealed under vacuum, provides excellent thermal insulation between the substrate and these sensitive elements.
Cette configuration n'impose pas de creuser le substrat, ce qui permet de réaliser un fort taux de remplissage surfacique de la surface de détection par les éléments sensibles, par exemple supérieur à 0,9.  This configuration does not require digging the substrate, which makes it possible to achieve a high surface coverage rate of the detection surface by the sensitive elements, for example greater than 0.9.
Les deux premiers plots de connexion s'étendent au niveau du substrat, sous les capsules. Par conséquent, le taux de remplissage n'est pas non plus limité par une connexion latérale aux moyens de lecture des résistances électriques, les capsules étant connectées verticalement aux moyens de lecture.  The first two connection pads extend at the level of the substrate, under the capsules. Consequently, the filling ratio is also not limited by a lateral connection to the means for reading the electrical resistances, the capsules being connected vertically to the reading means.
Dans l'art antérieur mentionné en introduction, on creuse dans le substrat, sous un barreau en matériau thermo-résistif. Une telle gravure est difficilement maîtrisable, notamment en profondeur, de sorte que l'épaisseur d'air entre le substrat et le barreau, et l'isolation thermique correspondante, sont également difficilement maîtrisables. L'invention n'impose pas une telle gravure. Les capsules selon l'invention offrent au contraire un bon contrôle de l'épaisseur de gaz ou de vide, remplissant la cavité et isolant thermiquement le substrat et une paroi supérieure des éléments sensibles.  In the prior art mentioned in the introduction, the substrate is hollowed under a bar made of thermo-resistive material. Such etching is difficult to control, especially in depth, so that the thickness of air between the substrate and the bar, and the corresponding thermal insulation, are also difficult to control. The invention does not impose such an etching. The capsules according to the invention on the contrary offer good control of the thickness of gas or vacuum, filling the cavity and thermally insulating the substrate and an upper wall of the sensitive elements.
En outre, les capsules pouvant être scellées sous vide, on peut obtenir une meilleure isolation thermique qu'avec une simple épaisseur d'air.  In addition, the capsules being able to be sealed under vacuum, better thermal insulation can be obtained than with a simple thickness of air.
Enfin, des capsules offrent une meilleure stabilité mécanique, qu'un barreau suspendu tel que décrit dans l'art antérieur.  Finally, capsules offer better mechanical stability than a suspended bar as described in the prior art.
De préférence, le capteur selon l'invention présente des moyens de chauffage d'une capsule.  Preferably, the sensor according to the invention has means for heating a capsule.
Au moins une capsule peut être connectée à une source de courant ou de tension formant des moyens de chauffage d'une capsule, pour l'injection d'un courant ou d'une tension de polarisation adapté(e) à chauffer directement ladite capsule.  At least one capsule may be connected to a current or voltage source forming means for heating a capsule, for injecting a current or a bias voltage adapted to directly heat said capsule.
En complément ou en variante, les moyens de chauffage d'une capsule peuvent comprendre des composants thermo-résistifs disposés entre deux capsules voisines, et connectés à une source de courant ou de tension, pour l'injection d'un courant ou d'une tension de polarisation adapté(e) à chauffer lesdits composants thermo-résistifs. Les capsules sont alors avantageusement réparties en lignes pour former une matrice de capsules, et les composants thermo-résistifs s'étendent selon des lignes parallèles aux lignes de capsules. In addition or alternatively, the heating means of a capsule may comprise thermo-resistive components arranged between two adjacent capsules, and connected to a source of current or voltage, for the injection of a current or a current. bias voltage adapted to heat said thermoresistive components. The capsules are then advantageously divided into lines to form a capsule matrix, and the thermoresistive components extend along lines parallel to the capsule lines.
En complément ou en variante, les moyens de chauffage d'une capsule peuvent comprendre au moins un filament métallique, disposé au-dessus d'une capsule, et connecté à une source de courant ou de tension, pour l'injection d'un courant ou d'une tension de polarisation adapté(e) à chauffer le filament.  In addition or alternatively, the heating means of a capsule may comprise at least one metal filament disposed above a capsule, and connected to a source of current or voltage, for the injection of a current or a bias voltage adapted to heat the filament.
Une couche d'isolation électrique peut s'étendre directement entre la capsule et le filament métallique, excepté au-dessus de deux seconds plots de connexion situés dans ou sur le substrat, et connectés à la source de courant ou de tension.  An electrical insulation layer may extend directly between the capsule and the metal filament, except above two second bond pads located in or on the substrate, and connected to the current or voltage source.
En variante, le filament métallique peut s'étendre en ligne droite, en contact physique direct avec la capsule, la ligne droite étant orthogonale à un plan vertical reliant les deux premiers plots de connexion.  Alternatively, the metallic filament may extend in a straight line, in direct physical contact with the capsule, the straight line being orthogonal to a vertical plane connecting the two first connection pads.
De préférence, le capteur selon l'invention comprend des moyens de pilotage, agencés pour actionner les moyens de chauffage d'une capsule pendant un intervalle de temps prédéterminé, et les moyens de lecture sont connectés à des moyens de comparaison, pour déterminer une variation de la résistance électrique de la capsule entre deux instants prédéterminés.  Preferably, the sensor according to the invention comprises piloting means arranged to actuate the heating means of a capsule during a predetermined time interval, and the reading means are connected to comparison means to determine a variation. of the electrical resistance of the capsule between two predetermined moments.
Chaque capsule présente avantageusement une forme de capot dont une paroi supérieure est traversée par au moins un orifice, et dont les parois latérales et supérieure coopèrent avec une couche inférieure sur laquelle repose la capsule, pour délimiter la cavité.  Each capsule advantageously has a bonnet-shaped, of which an upper wall is traversed by at least one orifice, and whose side and upper walls cooperate with a lower layer on which the capsule rests, to delimit the cavity.
De préférence, les capsules s'étendent au-dessus d'une couche d'isolation thermique recouvrant le substrat, chaque capsule présentant deux premiers pieds qui traversent la couche d'isolation thermique, pour venir en contact avec les deux premiers plots de connexion.  Preferably, the capsules extend over a thermal insulation layer covering the substrate, each capsule having two first feet which pass through the thermal insulation layer, to come into contact with the first two connection pads.
Les capsules sont avantageusement séparées les unes des autres, sans contact physique direct entre elles.  The capsules are advantageously separated from each other, without direct physical contact between them.
Le substrat peut être en silicium, et les moyens de lecture de résistance électrique être réalisés en technologie CMOS. En variante, le substrat peut être en verre, et les moyens de lecture de résistance électrique être réalisés en technologie TFT. The substrate may be of silicon, and the electrical resistance reading means may be made in CMOS technology. In a variant, the substrate may be made of glass, and the electrical resistance reading means may be made using TFT technology.
Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, le capteur comprend en outre une pluralité de photodiodes et de sources lumineuses réparties sous et/ou entre les capsules.  According to a particularly advantageous embodiment, the sensor further comprises a plurality of photodiodes and light sources distributed under and / or between the capsules.
De préférence, chaque capsule présente une forme de capot, dont une paroi supérieure est traversée par au moins un orifice, et chaque photodiode et/ou chaque source lumineuse s'étend sous la paroi supérieure d'une capsule.  Preferably, each capsule has a bonnet shape, an upper wall of which is traversed by at least one orifice, and each photodiode and / or each light source extends under the top wall of a capsule.
Le capteur selon ce mode de réalisation présente de préférence plusieurs types de sources lumineuses, qui diffèrent par une longueur d'onde centrale d'émission.  The sensor according to this embodiment preferably has several types of light sources, which differ by a central transmission wavelength.
L'invention couvre également une utilisation d'un capteur selon ce mode de réalisation, pour déterminer si une empreinte papillaire est constituée ou non de tissu vivant humain.  The invention also covers a use of a sensor according to this embodiment, to determine whether or not a papillary impression consists of human living tissue.
L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un capteur selon l'invention, le procédé comprenant les étapes suivantes :  The invention also relates to a method for manufacturing a sensor according to the invention, the method comprising the following steps:
dépôt et gravure d'une couche sacrificielle au-dessus du substrat, pour former des plots sacrificiels ;  depositing and etching a sacrificial layer above the substrate, to form sacrificial pads;
dépôt du matériau des capsules, sur et entre les plots sacrificiels ; évacuation des plots sacrificiels à travers au moins un orifice ouvert dans chaque capsule.  depositing the capsule material on and between the sacrificial pads; evacuation of the sacrificial blocks through at least one open orifice in each capsule.
De préférence, le substrat est en verre, et la couche sacrificielle est une couche minérale, évacuée par gravure à l'acide fluorhydrique. Preferably, the substrate is made of glass, and the sacrificial layer is a mineral layer, evacuated by etching with hydrofluoric acid.
En variante, le substrat est en silicium, et la couche sacrificielle est une couche organique, évacuée par gravure par plasma d'oxygène.  In a variant, the substrate is made of silicon, and the sacrificial layer is an organic layer, evacuated by oxygen plasma etching.
L'invention concerne enfin un procédé d'utilisation d'un capteur selon l'invention, dans lequel les capsules forment ensemble une matrice de capsules dans laquelle les capsules sont réparties selon des lignes parallèles qui s'étendent chacune sur toute la largeur de la matrice de capsules, la lecture de la résistance électrique des capsules étant réalisée ligne de capsules par ligne de capsules, et le chauffage des capsules étant également réalisé ligne de capsules par ligne de capsules et de façon synchrone avec la lecture des résistances électriques. The invention finally relates to a method of using a sensor according to the invention, in which the capsules together form a capsule matrix in which the capsules are distributed in parallel lines which each extend over the entire width of the capsule. matrix of capsules, the reading of the electrical resistance of the capsules being carried out line of capsules per line of capsules, and the heating of the capsules being also realized line of capsules by line of capsules and of synchronous way with the reading of the electric resistances.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention will be better understood on reading the description of exemplary embodiments given purely by way of indication and in no way limiting, with reference to the appended drawings in which:
les figures 1A et 1B illustrent un premier mode de réalisation de capteur d'empreinte selon l'invention ; - la figure 2 illustre un deuxième mode de réalisation de capteur d'empreinte selon l'invention, avec une meilleure isolation thermique entre les capsules et le substrat ; la figure 3 illustre une variante du mode de réalisation de la figure 2 ; les figures 4A et 4B illustrent un troisième mode de réalisation de capteur d'empreinte selon l'invention, avec des moyens de chauffage des capsules ; - la figure 4C illustre une variante du mode de réalisation des figures 4A et 4B ; les figures 5A et 5B illustrent une autre variante du mode de réalisation des figures 4A et 4B ; les figures 6A et 6B illustrent un quatrième mode de réalisation de capteur d'empreinte selon l'invention, avec des moyens de chauffage des capsules ; - les figures 7A et 7B illustrent un cinquième mode de réalisation de capteur d'empreinte selon l'invention, pour mettre en œuvre une détection de type thermique actif ; les figures 8A et 8B illustrent de manière schématique un sixième mode de réalisation de capteur d'empreinte selon l'invention, incorporant en outre les éléments d'un capteur optique ; et la figure 9 illustre de manière détaillée un capteur d'empreinte du type de celui illustré aux figures 8A et 8B. FIGS. 1A and 1B illustrate a first embodiment of a fingerprint sensor according to the invention; FIG. 2 illustrates a second embodiment of the impression sensor according to the invention, with better thermal insulation between the capsules and the substrate; Figure 3 illustrates a variant of the embodiment of Figure 2; FIGS. 4A and 4B illustrate a third embodiment of the impression sensor according to the invention, with means for heating the capsules; FIG. 4C illustrates a variant of the embodiment of FIGS. 4A and 4B; Figs. 5A and 5B illustrate another variation of the embodiment of Figs. 4A and 4B; FIGS. 6A and 6B illustrate a fourth embodiment of the impression sensor according to the invention, with means for heating the capsules; FIGS. 7A and 7B illustrate a fifth embodiment of a fingerprint sensor according to the invention, for implementing an active thermal type detection; FIGS. 8A and 8B schematically illustrate a sixth embodiment of a fingerprint sensor according to the invention, further incorporating the elements of an optical sensor; and Figure 9 illustrates in detail a fingerprint sensor of the type illustrated in Figures 8A and 8B.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS DETAILED PRESENTATION OF PARTICULAR EMBODIMENTS
Dans la suite, mais de manière non limitative, on décrit plus particulièrement un capteur selon l'invention de type capteur d'empreinte digitale, l'objet à imager étant constitué d'une empreinte digitale.  In the following, but in a nonlimiting manner, a sensor according to the invention of the fingerprint sensor type is described more particularly, the object to be imaged being constituted by a fingerprint.
La figure 1A illustre de façon schématique un premier mode de réalisation d'un capteur d'empreinte papillaire 100 selon l'invention, selon une vue en coupe.  Figure 1A schematically illustrates a first embodiment of a papillary impression sensor 100 according to the invention, in a sectional view.
Dans la suite, on considérera, à titre d'exemple et de manière non limitative, qu'il s'agit d'un capteur d'empreinte digitale 100.  In the following, we will consider, by way of example and without limitation, that it is a fingerprint sensor 100.
Le capteur d'empreinte 100 est de type matriciel, c'est-à-dire constitué d'une pluralité d'éléments sensibles, répartis par exemple en lignes et colonnes.  The impression sensor 100 is of matrix type, that is to say composed of a plurality of sensitive elements, distributed for example in rows and columns.
Le capteur 100 est configuré pour permettre des échanges thermiques entre une empreinte à imager (non représentée), et des éléments sensibles disposés entre un substrat 120 et une surface de contact 131.  The sensor 100 is configured to allow heat exchange between an imprint to be imaged (not shown), and sensitive elements disposed between a substrate 120 and a contact surface 131.
Dans tout le texte, les termes « supérieur » et « inférieur » se rapportent à un axe vertical (Oz), orthogonal au substrat, et orienté du substrat 120 (côté inférieur) vers la surface de contact 131 (côté supérieur).  Throughout the text, the terms "upper" and "lower" refer to a vertical axis (Oz), orthogonal to the substrate, and oriented from the substrate 120 (lower side) to the contact surface 131 (upper side).
Selon l'invention, chaque élément sensible est constitué d'une structure tridimensionnelle, dite capsule 110.  According to the invention, each sensitive element consists of a three-dimensional structure, called capsule 110.
Les capsules 110 sont constituées d'un matériau thermo-résistif, c'est-à-dire dont la résistivité électrique est fonction de la température. On mesure donc, pour chaque capsule, une résistance électrique qui varie en fonction de sa température.  The capsules 110 are made of a thermoresistive material, that is to say whose electrical resistivity is a function of temperature. Therefore, for each capsule, an electrical resistance is measured which varies according to its temperature.
En particulier, la résistance électrique R et la température peuvent être reliées par :  In particular, the electrical resistance R and the temperature can be connected by:
R (T0 + 9) = R(T0) * eTCR*e R (T 0 + 9) = R (T 0 ) * e TCR * e
avec TQ la température initiale, Θ la variation de température, et TCR le coefficient thermique de résistance du matériau. Le matériau thermo-résistif est par exemple constitué de silicium amorphe (a-Si), notamment du silicium amorphe hydrogéné (a-Si :H) pouvant être dopé, par exemple par des atomes de bore ou de germanium. Ce matériau présente notamment un très bon TCR, et une bonne résistance mécanique. En outre, c'est un matériau présentant une grande conformité lors du dépôt, permettant que les discontinuités géométriques liées à la forme de capsule n'impliquent pas de discontinuité électrique. Il est compatible avec les technologies standards de type TFT et CMOS (voir plus loin). Enfin, il présente une résistivité compatible avec les circuits de lecture standards des capteurs d'empreinte de type thermique. with T Q the initial temperature, Θ the temperature variation, and TCR the thermal coefficient of resistance of the material. The thermoresistive material is for example made of amorphous silicon (a-Si), in particular hydrogenated amorphous silicon (a-Si: H) which can be doped, for example by boron or germanium atoms. This material has in particular a very good TCR, and good mechanical strength. In addition, it is a material with high compliance during deposition, allowing the geometric discontinuities related to the capsule shape do not involve electrical discontinuity. It is compatible with standard TFT and CMOS technologies (see below). Finally, it has a resistivity compatible with the standard reading circuits of thermal type impression sensors.
En variante, le silicium amorphe est mélangé avec un autre composant au sein d'un alliage. On peut par exemple utiliser un alliage comprenant du silicium amorphe, notamment du silicium amorphe hydrogéné (a-Si :H), par exemple a-SixGeyBz :H. Alternatively, the amorphous silicon is mixed with another component within an alloy. For example, an alloy comprising amorphous silicon, in particular hydrogenated amorphous silicon (a-Si: H), for example a-Si x Ge y B z : H, may be used.
Chaque capsule 110, présente une forme de capot entourant une cavité 112. Le capot est constitué de parois latérales 110B, coiffées par une paroi supérieure 110A.  Each capsule 110, has a bonnet-like shape surrounding a cavity 112. The cover consists of side walls 110B, capped by an upper wall 110A.
La paroi supérieure 110A est percée par au moins un orifice 111 ou évent, permettant d'évacuer une couche sacrificielle utilisée pour fabriquer la capsule (voir plus loin).  The upper wall 110A is pierced by at least one orifice 111 or vent, allowing to evacuate a sacrificial layer used to manufacture the capsule (see below).
Sur les figures, l'orifice 111 est représenté au centre de la paroi supérieure 110A. In the figures, the orifice 111 is represented in the center of the upper wall 110A.
L'orifice peut cependant être positionné ailleurs sur la capsule. Il peut également y avoir plusieurs orifices par capsule. The orifice may, however, be positioned elsewhere on the capsule. There may also be several orifices per capsule.
Selon un mode de réalisation préféré, les parois latérales 110B s'étendent sensiblement verticales, parallèles à l'axe (Oz). Elles présentent une hauteur constante selon (Oz). La paroi supérieure 110A est une paroi plane, qui s'étend dans un plan horizontal, orthogonale à l'axe (Oz). Elle est en contact physique direct sur tout son périmètre, avec les bords supérieurs des parois latérales 110B.  According to a preferred embodiment, the side walls 110B extend substantially vertically, parallel to the axis (Oz). They have a constant height according to (Oz). The upper wall 110A is a flat wall, which extends in a horizontal plane, orthogonal to the axis (Oz). It is in direct physical contact throughout its perimeter, with the upper edges of the side walls 110B.
La paroi supérieure 110A présente ici une forme carrée, les parois latérales présentent une forme de cylindre à base carré, et la capsule entoure une cavité 112 en forme de parallélépipède rectangle.  The upper wall 110A here has a square shape, the side walls have a square-based cylinder shape, and the capsule surrounds a rectangular parallelepiped-shaped cavity 112.
Dans l'exemple illustré en figure 1A, toutes les capsules sont formées d'un seul tenant, reliées entre elles du côté inférieur de leurs parois latérales respectives, par des régions périphériques qui s'étendent directement sur le substrat. Les parois 110A et 110B des capsules 110 peuvent présenter une épaisseur E d'environ 1 μιη, par exemple comprise entre 0,5 et 2 μιη, qui suffit à conférer une bonne résistance mécanique à la capsule. In the example illustrated in FIG. 1A, all the capsules are formed in one piece, connected to each other on the lower side of their respective lateral walls, by peripheral regions that extend directly on the substrate. The walls 110A and 110B of the capsules 110 may have a thickness E of about 1 μιη, for example between 0.5 and 2 μιη, which is sufficient to confer good mechanical strength to the capsule.
En tout état de cause, la réalisation des éléments sensibles sous la forme de capsules leur confère une grande stabilité mécanique, notamment à l'égard des contraintes en pression qui peuvent s'exercer lorsqu'un utilisateur appuie le doigt sur la surface de contact 131.  In any event, the production of the sensitive elements in the form of capsules gives them great mechanical stability, especially with regard to the pressure stresses that can be exerted when a user presses the finger on the contact surface 131 .
Les parois supérieures des capsules définissent ensemble une surface de détection du capteur d'empreinte.  The upper walls of the capsules together define a detection surface of the impression sensor.
Chaque capsule peut présenter des dimensions réduites, de sorte que les capsules soient réparties selon un pas de répétition réduit, notamment inférieur à 51 μιη, par exemple 50,8 μιη ou 25,4 μιη. Le capteur d'empreinte 100 offre donc une image présentant une excellente résolution.  Each capsule may have reduced dimensions, so that the capsules are distributed in a step of reduced repetition, especially less than 51 μιη, for example 50.8 μιη or 25.4 μιη. The impression sensor 100 thus provides an image having excellent resolution.
Les capsules peuvent être disposées très proches les unes des autres. Par exemple, deux capsules voisines peuvent être espacées de seulement quelques centaines de nanomètres l'une de l'autre.  The capsules can be arranged very close to each other. For example, two neighboring capsules may be spaced only a few hundred nanometers apart.
On peut ainsi réaliser une matrice présentant un très bon taux de remplissage surfacique de la surface de détection, par les capsules, et plus particulièrement par les parois supérieures des capsules. Ce taux de remplissage est par exemple supérieur à 0,8 ou même 0,9.  It is thus possible to produce a matrix having a very good surface coverage of the detection surface, by the capsules, and more particularly by the upper walls of the capsules. This filling ratio is for example greater than 0.8 or even 0.9.
Des capsules englobant une cavité 112 cubique, ou en forme de parallélépipède rectangle, offrent un taux de remplissage optimal.  Capsules enclosing a cavity 112 cubic, or rectangular parallelepiped shape, offer an optimal filling rate.
Dans l'exemple illustré à la figure 1A, chaque capsule 110 repose directement sur le substrat 120.  In the example illustrated in FIG. 1A, each capsule 110 rests directly on the substrate 120.
Les capsules ne sont donc en contact avec le substrat qu'au niveau d'une surface périphérique inférieure, sur une face inférieure des parois latérales 110B des capsules.  The capsules are therefore in contact with the substrate only at a lower peripheral surface, on a lower face of the side walls 110B of the capsules.
La cavité définie par chaque capsule est délimitée latéralement par les parois latérales 110B de la capsule. Sur le dessus, elle est délimitée par la paroi supérieure 110A de la capsule. Côté inférieur, elle est délimitée par une surface sur laquelle reposent les capsules, ici le substrat 120. Chaque cavité 112 peut être remplie d'un gaz tel que l'air, présentant un faible coefficient de conductivité thermique, par exemple inférieur à 1 W.m^.K"1 et même inférieur à 0,03 W.m _1.K _1, à 20°C et à la pression atmosphérique. Dans ce cas, chaque cavité 112 ne forme pas forcément un volume fermé. The cavity defined by each capsule is delimited laterally by the side walls 110B of the capsule. On the top, it is delimited by the upper wall 110A of the capsule. Bottom side, it is delimited by a surface on which the capsules rest, here the substrate 120. Each cavity 112 may be filled with a gas such as air, having a low coefficient of thermal conductivity, for example less than 1 Wm -1 .K -1 and even less than 0.03 Wm -1 .K -1 , at 20 ° C and atmospheric pressure In this case, each cavity 112 does not necessarily form a closed volume.
En variante, chaque cavité 112 est fermée hermétiquement et mise sous vide pendant un procédé de scellement. Le cas échéant, la cavité 112 peut alors enfermer un matériau getter, pour conserver la qualité du vide dans le temps. Un matériau getter, ou piège à gaz, limite l'apparition de gaz dans une enceinte. Il peut d'agir d'un métal facilement oxydable tel que du titane, ou du vanadium, du zirconium, du cobalt, du fer, du manganèse, de l'aluminium ou un alliage de ces métaux.  Alternatively, each cavity 112 is sealed and evacuated during a sealing process. If necessary, the cavity 112 can then enclose a getter material, to maintain the vacuum quality over time. A getter material, or gas trap, limits the appearance of gas in an enclosure. It can act of an easily oxidizable metal such as titanium, or vanadium, zirconium, cobalt, iron, manganese, aluminum or an alloy of these metals.
Dans ce cas, la cavité 112 forme un volume fermé.  In this case, the cavity 112 forms a closed volume.
Cette cavité, remplie d'un gaz tel que l'air ou d'un vide, réalise une excellente isolation thermique entre la capsule et le substrat, et plus particulièrement entre la paroi supérieure 110A de la capsule et le substrat 120.  This cavity, filled with a gas such as air or a vacuum, provides an excellent thermal insulation between the capsule and the substrate, and more particularly between the upper wall 110A of the capsule and the substrate 120.
Le substrat 120 est par exemple un substrat compatible avec la technologie CMOS The substrate 120 is for example a substrate compatible with CMOS technology
(pour « Com te m enta ry Métal Oxide Semiconductor »), notamment du silicium. Cette variante est particulièrement adaptée à un capteur d'empreinte digitale, dans lequel les capsules sont réparties selon une matrice de surface allant de quelques mm2 à quelques cm2. (for "Com m enta ry Metal Oxide Semiconductor"), including silicon. This variant is particularly suitable for a fingerprint sensor, in which the capsules are distributed in a surface matrix ranging from a few mm 2 to a few cm 2 .
En variante, le substrat 120 peut être un substrat compatible avec la technologie TFT Alternatively, the substrate 120 may be a substrate compatible with TFT technology
(pour « Thin-film transistor »), notamment du verre. Cette variante est particulièrement adaptée à un capteur d'empreinte palmaire, dans lequel les capsules sont réparties selon une matrice de grandes dimensions. (for "Thin-film transistor"), especially glass. This variant is particularly suitable for a palm impression sensor, in which the capsules are distributed in a large matrix.
Le substrat reçoit un circuit de lecture de la résistance électrique de chaque capsule. En particulier, chaque capsule est connectée électriquement à deux premiers plots de connexion 150, affleurant ici à la surface supérieure du substrat 120, sous les capsules, ici sous les parois latérales 110B des capsules.  The substrate receives a circuit for reading the electrical resistance of each capsule. In particular, each capsule is electrically connected to two first connection pads 150, here flush with the upper surface of the substrate 120, under the capsules, here under the side walls 110B of the capsules.
Les premiers plots de connexion 150 sont en métal, notamment du cuivre ou de l'aluminium. Chaque premier plot de connexion est ici en contact physique direct avec une capsule. The first connection pads 150 are made of metal, in particular copper or aluminum. Each first connection pad is here in direct physical contact with a capsule.
Les deux premiers plots de connexion 150 sont reliés à des moyens 160 de lecture d'une résistance électrique, symbolisés sur les figures par un ohm-mètre. La lecture de la résistance électrique met en œuvre une polarisation de la capsule en courant, respectivement en tension, et une mesure de tension, respectivement courant.  The first two connection pads 150 are connected to means 160 for reading an electrical resistance, symbolized in the figures by an ohm-meter. The reading of the electrical resistance implements a bias of the capsule in current, respectively in voltage, and a voltage measurement respectively current.
Le capteur selon l'invention offre donc une connexion verticale entre les capsules 110, et les plots de connexion reliés aux moyens 160 de lecture d'une résistance électrique.  The sensor according to the invention thus provides a vertical connection between the capsules 110, and the connection pads connected to the means 160 for reading an electrical resistance.
Cette connexion verticale permet de rapprocher les capsules les unes des autres, sans être limité par l'encombrement d'électrodes qui s'étendraient latéralement, à côté et non en dessous des capsules.  This vertical connection makes it possible to bring the capsules closer to each other, without being limited by the bulk of electrodes which would extend laterally, next to and not below the capsules.
La figure 1B illustre une capsule 110 selon une vue en coupe dans un plan parallèle au substrat. Les premiers plots de connexion 150, représentés en transparence, sont reliés ici par un plan vertical, parallèle à une diagonale de la surface supérieure de la capsule.  Figure 1B illustrates a capsule 110 in a sectional view in a plane parallel to the substrate. The first connection pads 150, shown in transparency, are connected here by a vertical plane, parallel to a diagonal of the upper surface of the capsule.
L'invention n'est pas limitée à cet agencement. De nombreux autres agencements peuvent être envisagés. On détaille dans la suite une règle liant les dimensions d'une capsule et le positionnement de ces plots, assurant qu'un courant de mesure de résistance électrique circule dans les parois supérieures des capsules.  The invention is not limited to this arrangement. Many other arrangements can be envisaged. A rule linking the dimensions of a capsule and the positioning of these pads is described below, ensuring that an electric resistance measuring current flows in the upper walls of the capsules.
La figure 1B illustre également le plan AA', passant par les premiers plots de connexion 150, et correspondant au plan de la vue en coupe représentée en figure 1A.  Figure 1B also illustrates the plane AA ', passing through the first connection pads 150, and corresponding to the plane of the sectional view shown in Figure 1A.
Les capsules sont recouvertes par une couche de protection 130, dont la face externe forme la surface de contact 131 du capteur d'empreinte.  The capsules are covered by a protective layer 130, the outer face of which forms the contact surface 131 of the impression sensor.
Cette couche de protection offre une protection des éléments du capteur, à l'égard des contacts répétés avec les tissus humains.  This protective layer provides protection for sensor elements with respect to repeated contact with human tissue.
Ici, la couche de protection 130 s'étend également dans l'espace libre entre deux capsules voisines. En variante, elle s'étend uniquement au-dessus des capsules. Elle présente par exemple une épaisseur d'environ 30 μιη, ou moins.  Here, the protective layer 130 also extends in the free space between two neighboring capsules. Alternatively, it extends only above the capsules. It has for example a thickness of about 30 μιη, or less.
La couche de protection 130 est de préférence isolante électriquement (de résistivité électrique supérieure d'au moins un facteur 10 par rapport aux capsules), pour éviter que le doigt court-circuite les capsules lorsqu'il est appuyé contre la surface de contact 131. La couche de protection 130 est également conductrice thermiquement. Sa conductivité thermique, est par exemple d'au moins 20 W-m _1-K 1 à 20°C à la pression atmosphérique. Elle permet des transferts de chaleur efficaces et avec des pertes limitées, entre la surface de contact et les capsules. The protective layer 130 is preferably electrically insulating (of electrical resistivity greater than at least a factor of 10 with respect to the capsules), to prevent the finger from shorting the capsules when pressed against the contact surface 131. The protective layer 130 is also thermally conductive. Its thermal conductivity, for example is at least 20 Wm _1 -K 1 at 20 ° C at atmospheric pressure. It allows efficient and limited heat transfer between the contact surface and the capsules.
Concrètement, il peut s'agir d'une couche d'oxyde épaisse, d'une couche d'un polymère époxyde (peinture époxy), d'une couche de carbone amorphe dite DLC (pour « Diamond-Like Carbon »), etc.  Concretely, it can be a thick oxide layer, a layer of an epoxy polymer (epoxy paint), a layer of amorphous carbon called DLC (for "Diamond-Like Carbon"), etc. .
La couche de protection peut contribuer à sceller hermétiquement les capsules, en recouvrant les orifices 111. En variante, l'épaisseur de cette couche de protection, très fine, ne suffit pas à ce scellement hermétique, les capsules étant alors par exemple remplies d'air.  The protective layer may contribute to hermetically sealing the capsules, covering the orifices 111. In a variant, the thickness of this very thin protective layer is not sufficient for this hermetic seal, the capsules then being filled, for example, with air.
En fonctionnement, l'utilisateur pose le doigt directement sur le capteur d'empreintes, en contact physique direct avec la surface de contact 131.  In operation, the user places his finger directly on the fingerprint sensor, in direct physical contact with the contact surface 131.
Dans un premier mode de détection, dit « passif », la peau est alors en contact physique direct avec la surface de contact 131, au niveau des crêtes de l'empreinte digitale. La chaleur corporelle est transférée par conduction, de la surface de contact 131 vers les capsules.  In a first mode of detection, called "passive", the skin is then in direct physical contact with the contact surface 131, at the level of the crests of the fingerprint. The body heat is transferred by conduction from the contact surface 131 to the capsules.
Au niveau des vallées de l'empreinte digitale, il n'y a pas de contact physique direct entre les tissus de la peau et la surface de contact. La chaleur corporelle est donc peu ou pas transférée vers les capsules, à travers la surface de contact 131.  At the valleys of the fingerprint, there is no direct physical contact between the skin tissues and the contact surface. The body heat is thus little or not transferred to the capsules, through the contact surface 131.
Ainsi, la température d'une capsule indique si elle est surmontée par une crête ou par une vallée de l'empreinte. La température des capsules est mesurée par les moyens 160 de lecture d'une résistance électrique.  Thus, the temperature of a capsule indicates whether it is surmounted by a ridge or valley of the footprint. The temperature of the capsules is measured by the means 160 for reading an electrical resistance.
La résistance électrique de la capsule est généralement comprise entre 1 kQ et 10 ΜΩ.  The electrical resistance of the capsule is generally between 1 kΩ and 10 ΜΩ.
Chaque valeur de résistance d'une capsule peut être convertie en niveau de gris, par des moyens de conversion non représentés, pour former une image de l'empreinte digitale.  Each resistance value of a capsule can be converted to gray level, by unrepresented conversion means, to form an image of the fingerprint.
Un second mode de détection, dit « actif », sera décrit dans la suite. La qualité de l'image formée à l'aide du capteur selon l'invention, en particulier son contraste, dépend notamment de la qualité de l'isolation thermique entre les capsules 110 et le substrat 120. A second detection mode, called "active", will be described in the following. The quality of the image formed using the sensor according to the invention, in particular its contrast, depends in particular on the quality of the thermal insulation between the capsules 110 and the substrate 120.
L'invention permet d'obtenir une isolation thermique optimisée entre les capsules et le substrat, grâce à la configuration des éléments sensibles telle que décrite ci-dessus The invention makes it possible to obtain optimized thermal insulation between the capsules and the substrate, thanks to the configuration of the sensitive elements as described above.
Chaque cavité 112 sous la capsule présente une hauteur Hl qui peut être inférieure à quelques micromètres, par exemple entre 0,2 et 5 μιη, en particulier 2 μιη. Each cavity 112 under the capsule has a height H1 which may be less than a few micrometers, for example between 0.2 and 5 μιη, in particular 2 μιη.
En tout état de cause, plus cette hauteur Hl est importante, meilleure est l'isolation thermique entre la paroi supérieure de la capsule et le substrat.  In any event, the higher this height Hl, the better the thermal insulation between the upper wall of the capsule and the substrate.
Pour un agencement donné des premiers plots de connexion, il existe une relation entre la hauteur H2 d'une capsule, et sa largeur a (voir figure 1B), permettant que le courant circule d'un premier plot de connexion 150 à l'autre, en passant par la paroi supérieure 110A de la capsule, et non en passant uniquement par ses parois latérales 110B.  For a given arrangement of the first connection pads, there is a relation between the height H2 of a capsule, and its width a (see FIG. 1B), allowing the current to flow from one first connection pad 150 to the other , passing through the upper wall 110A of the capsule, and not only through its side walls 110B.
On mesure ainsi une résistance électrique, et donc une température, au niveau de la paroi supérieure de la capsule, c'est-à-dire sous le doigt, là où les échanges thermiques avec le doigt sont les plus importants.  An electrical resistance, and therefore a temperature, is thus measured at the level of the upper wall of the capsule, ie under the finger, where the thermal exchanges with the finger are the most important.
Cette relation définit une valeur de seuil pour H2, la hauteur H2 étant préférentiellement inférieure à cette valeur de seuil. Elle définit également une valeur de seuil pour la hauteur Hl sous la capsule, qui est égale à la hauteur H2 moins l'épaisseur E des parois de la capsule.  This relation defines a threshold value for H2, the height H2 being preferentially lower than this threshold value. It also defines a threshold value for the height H1 under the capsule, which is equal to the height H2 minus the thickness E of the walls of the capsule.
Par exemple, pour une capsule dont la paroi supérieure est un carré de côté a, et pour des premiers plots de connexion 150 définissant une diagonale de ce carré (voir figure 1B), H2 vérifie de préférence : (a * 2 + 2 * H2) < 2 * a.  For example, for a capsule whose upper wall is a square of side a, and for first connection pads 150 defining a diagonal of this square (see Figure 1B), H2 preferably satisfies: (a * 2 + 2 * H2 ) <2 * a.
En variante, pour une capsule dont la paroi supérieure est un carré de côté a, et pour des premiers plots de connexion 150 définissant une largeur de ce carré, passant par son centre, H2 vérifie de préférence : (a + 2 * H2) < 2 * a.  Alternatively, for a capsule whose upper wall is a square of side a, and for first connection pads 150 defining a width of this square, passing through its center, H2 preferably satisfies: (a + 2 * H2) < 2 * a.
Le capteur d'empreinte 100 peut être réalisé à l'aide des étapes suivantes The impression sensor 100 can be realized using the following steps
dépôt d'une couche sacrificielle sur le substrat 120; gravures locales (par exemple par photolithographie) de la couche sacrificielle, jusqu'au substrat, pour former des plots sacrificiels ; depositing a sacrificial layer on the substrate 120; local etchings (for example by photolithography) of the sacrificial layer, up to the substrate, to form sacrificial pads;
dépôt de matériau thermo-résistif sur et entre les plots sacrificiels, pour former la matrice de capsules ;  depositing thermoresistive material on and between the sacrificial pads to form the capsule matrix;
- gravure locale du matériau thermo-résistif, pour former les orifices 111 ;  local etching of the thermoresistive material, to form the orifices 111;
évacuation des plots sacrificiels, en passant par les orifices 111 ;  evacuation of the sacrificial blocks, through the orifices 111;
le cas échéant, dépôt de la couche de protection 130.  if necessary, deposition of the protective layer 130.
Ce procédé de fabrication offre un excellent contrôle de la forme d'une capsule et de la cavité correspondante, cette cavité définissant l'isolation thermique entre le substrat 120 et la paroi supérieure 110A de chaque capsule. This manufacturing method provides excellent control of the shape of a capsule and the corresponding cavity, this cavity defining the thermal insulation between the substrate 120 and the top wall 110A of each capsule.
On peut ainsi réaliser un capteur d'empreinte présentant une isolation thermique contrôlée, et stable dans l'espace, entre les capsules et le substrat.  It is thus possible to realize a cavity sensor having a controlled thermal insulation, and stable in space, between the capsules and the substrate.
Ce procédé de fabrication est particulièrement simple, d'autant que ce sont directement les capsules qui forment les éléments sensibles du capteur d'empreinte.  This manufacturing process is particularly simple, especially since it is directly the capsules that form the sensitive elements of the impression sensor.
Ici, la couche sacrificielle est gravée partout, excepté aux emplacements destinés à former les cavités 112.  Here, the sacrificial layer is etched everywhere, except at the locations intended to form cavities 112.
Le matériau thermo-résistif est déposé, à épaisseur sensiblement constante, sur l'ensemble des surfaces latérales et supérieures des plots sacrificiels, et entre deux plots sacrificiels.  The thermoresistive material is deposited, at substantially constant thickness, over all of the lateral and upper surfaces of the sacrificial pads, and between two sacrificial pads.
Le matériau thermo-résistif formant les capsules peut être déposé par dépôt chimique en phase vapeur (CVD), en particulier lorsque le capteur d'empreinte est réalisé en technologie CMOS, ou par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD), en particulier lorsque le capteur d'empreinte est réalisé en technologie TFT, ou par dépôt physique par phase vapeur (PVD).  The thermoresistive material forming the capsules can be deposited by chemical vapor deposition (CVD), in particular when the impression sensor is made in CMOS technology, or by plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD), in particularly when the impression sensor is made in TFT technology, or by physical vapor deposition (PVD).
La couche sacrificielle peut être en matériau organique. Il peut s'agir d'un polymère, notamment un polymère organique comme le polyimide. Les plots sacrificiels peuvent alors être évacués par gravure par plasma d'oxygène.  The sacrificial layer may be organic material. It may be a polymer, especially an organic polymer such as polyimide. The sacrificial pads can then be removed by oxygen plasma etching.
En particulier, on peut réaliser un capteur d'empreinte compatible avec la technologie TFT, sur un substrat verre, en réalisant les capsules à l'aide d'une couche sacrificielle polymère (par exemple en polyimide), évacuée ensuite par gravure par plasma d'oxygène, et d'un dépôt PECVD de matériau thermo-résistif. In particular, it is possible to realize a fingerprint sensor compatible with TFT technology, on a glass substrate, by producing the capsules using a layer sacrificial polymer (for example polyimide), then removed by oxygen plasma etching, and a PECVD deposit of thermo-resistive material.
Une couche de passivation, intrinsèque au substrat, le protège et sert de barrière à la gravure par plasma d'oxygène. Cette couche de passivation, non représentée sur les figures, est par exemple en SiNx ou SiOx. En variante, le substrat est protégé par une couche spécifique, dite couche d'arrêt de la gravure, non représentée à la figure 1A, et disposée sur le substrat. A passivation layer, intrinsic to the substrate, protects it and serves as a barrier to oxygen plasma etching. This passivation layer, not shown in the figures, is for example SiN x or SiO x . In a variant, the substrate is protected by a specific layer, called the etch stop layer, not shown in FIG. 1A, and disposed on the substrate.
En variante, la couche sacrificielle peut être en matériau minéral. Il peut s'agir d'un oxyde, par exemple de l'oxyde de silicium. Les plots sacrificiels peuvent alors être évacués par gravure HF (acide fluorhydrique).  In a variant, the sacrificial layer may be made of mineral material. It may be an oxide, for example silicon oxide. The sacrificial pads can then be removed by HF etching (hydrofluoric acid).
Dans ce cas, le substrat doit être protégé par une couche d'arrêt de la gravure, non représentée à la figure 1A, et disposée entre le substrat et les capsules. Il peut s'agir d'une couche en SiC, ou AIN, ou AI2O3, etc. L'épaisseur de cette couche est comprise entre 20 et 200nm, préférentiellement 50nm. Cette couche est ouverte au niveau des premiers plots de connexion.  In this case, the substrate must be protected by a stop layer of etching, not shown in Figure 1A, and disposed between the substrate and the capsules. It can be a SiC layer, or AIN, or Al2O3, etc. The thickness of this layer is between 20 and 200 nm, preferably 50 nm. This layer is open at the first connection pads.
En particulier, on peut réaliser un capteur d'empreinte compatible avec la technologie CMOS, en réalisant les capsules à l'aide d'une couche sacrificielle minérale, évacuée ensuite par gravure HF, et d'un dépôt CVD de matériau thermo-résistif.  In particular, a fingerprint sensor compatible with CMOS technology can be produced by producing the capsules using a mineral sacrificial layer, subsequently removed by HF etching, and a CVD deposit of thermo-resistive material.
Le document EP 2 743 659 décrit, dans un autre contexte, un exemple d'un procédé utilisant une couche sacrificielle évacuée ensuite par gravure HF.  EP 2 743 659 describes, in another context, an example of a method using a sacrificial layer subsequently removed by HF etching.
La figure 2 illustre de manière schématique un deuxième mode de réalisation de capteur d'empreinte 200 selon l'invention, permettant d'améliorer l'isolation thermique de la capsule vis-à-vis du substrat.  FIG. 2 schematically illustrates a second embodiment of a cavity sensor 200 according to the invention, making it possible to improve the thermal insulation of the capsule vis-à-vis the substrate.
Le mode de réalisation de la figure 2 ne sera décrit que pour ses différences relativement au mode de réalisation de la figure 1A. Les références numériques de la figure 2 correspondent à celles de la figure 1A, le premier chiffre étant remplacé par un 2.  The embodiment of FIG. 2 will only be described for its differences with respect to the embodiment of FIG. 1A. The reference numbers of FIG. 2 correspond to those of FIG. 1A, the first digit being replaced by a 2.
Dans ce second mode de réalisation, l'isolation thermique entre les capsules 210 et le substrat 220 est encore améliorée, car les parois latérales de la capsule sont isolées thermiquement du substrat par une couche d'isolation thermique 270, qui s'étend ici sous ces parois latérales. Chaque capsule repose ici directement sur la couche d'isolation thermique 270, sur toute une face inférieure des parois latérales de ladite capsule. La couche d'isolation thermique 270 s'étend elle-même directement sur le substrat. In this second embodiment, the thermal insulation between the capsules 210 and the substrate 220 is further improved, since the side walls of the capsule are thermally insulated from the substrate by a thermal insulation layer 270, which extends here under these side walls. Each capsule here rests directly on the thermal insulation layer 270, on an entire lower face of the side walls of said capsule. The thermal insulation layer 270 itself extends directly onto the substrate.
Afin d'assurer le contact électrique entre les premiers plots de connexion 250 et la capsule 210, celle-ci présente en outre deux premiers pieds 213, ou vias, qui s'étendent chacun verticalement depuis la paroi supérieure de la capsule jusqu'à un premier plot de connexion 250, en traversant la couche d'isolation thermique 270. Chaque premier pied 213 présente une section (dimension dans un plan orthogonal à (Oz)) réduite, comprise par exemple entre 0.5μιη et 2μιη, de préférence 1 μιη.  In order to ensure electrical contact between the first connection pads 250 and the capsule 210, the latter also has two first legs 213, or vias, which each extend vertically from the top wall of the capsule to a first connection pad 250, through the thermal insulation layer 270. Each first foot 213 has a section (dimension in a plane orthogonal to (Oz)) reduced, for example between 0.5μιη and 2μιη, preferably 1 μιη.
Les premiers pieds 213 peuvent être positionnés n'importe où sur la capsule, depuis sa parois supérieure 210A jusqu'au substrat. Les premiers pieds 213 passent par la cavité 212, espacés des parois latérales 210B de la capsule.  The first legs 213 can be positioned anywhere on the capsule, from its upper wall 210A to the substrate. The first legs 213 pass through the cavity 212, spaced from the side walls 210B of the capsule.
La distance entre les deux premiers pieds 213 d'une capsule définit une plage de résistances électriques mesurées entre les deux premiers plots de connexion 250 correspondant (associée à une plage de températures de la capsule).  The distance between the first two feet 213 of a capsule defines a range of electrical resistances measured between the two first connection pads 250 corresponding (associated with a temperature range of the capsule).
On peut ajuster cette distance pour adapter cette plage de résistances électriques aux paramètres d'un circuit de lecture formant les moyens de lecture d'une résistance électrique (voir figure 1A).  This distance can be adjusted to adapt this range of electrical resistances to the parameters of a read circuit forming the means for reading an electrical resistance (see FIG. 1A).
On peut notamment ajuster cette distance de façon à minimiser le bruit sur des courants électriques lus par ces moyens de lecture d'une résistance électrique.  This distance can in particular be adjusted so as to minimize the noise on electric currents read by these means for reading an electrical resistance.
On peut donc ajuster une plage de résistances électriques mesurées par les moyens de lecture d'une résistance électrique, sans affecter la structure principale de la capsule, en particulier la géométrie de ses parois latérales et de sa paroi supérieure.  It is therefore possible to adjust a range of electrical resistances measured by the reading means of an electrical resistance, without affecting the main structure of the capsule, in particular the geometry of its side walls and its upper wall.
Ici, les premiers pieds 213 s'étendent à l'intérieur de la cavité 212, au niveau de deux coins associés à une première diagonale de la surface supérieure de la capsule.  Here, the first legs 213 extend inside the cavity 212, at two corners associated with a first diagonal of the upper surface of the capsule.
Le capteur de la figure 2 peut être réalisé par un procédé similaire au procédé décrit ci-avant, et à l'aide des étapes suivantes :  The sensor of FIG. 2 can be produced by a method similar to the method described above, and using the following steps:
dépôt de la couche d'isolation thermique 270 sur le substrat 120, cette couche d'isolation thermique présentant également une fonction d'arrêt de la gravure (pour protéger les couches inférieures lors de l'évacuation des plots sacrificiels) ; dépôt d'une couche sacrificielle sur la couche 270 ; deposition of the thermal insulation layer 270 on the substrate 120, this thermal insulation layer also having a stop function of the etching (to protect the lower layers during the evacuation of the sacrificial pads); depositing a sacrificial layer on the layer 270;
gravures locales de la couche sacrificielle jusqu'à la couche 270 pour former des plots sacrificiels, et gravure locales de la couche sacrificielle et de la couche 270 pour former des canaux ;  local etches of the sacrificial layer to layer 270 to form sacrificial pads, and local etching of the sacrificial layer and layer 270 to form channels;
- dépôt de matériau thermo-résistif sur et entre les plots sacrificiels, et dans les canaux, pour former la matrice de capsules avec les pieds 213 ;  depositing thermoresistive material on and between the sacrificial pads, and in the channels, to form the capsule matrix with the feet 213;
gravure locale du matériau thermo-résistif, pour former les orifices ; évacuation des plots sacrificiels, en passant par les orifices ;  local etching of the thermoresistive material to form the orifices; evacuation of the sacrificial blocks, passing through the orifices;
le cas échéant, dépôt de la couche de protection.  if necessary, deposit of the protective layer.
Pour une couche sacrificielle minérale (par exemple Si02) avec gravure HF, la couche 270 peut être de l'AIN, de ΓΑΙ2Ο3, du SiC, du carbone amorphe, du DLC et éventuellement du polyimide. For a mineral sacrificial layer (for example SiO 2 ) with HF etching, the layer 270 may be AIN, ΓΑΙ2Ο3, SiC, amorphous carbon, DLC and optionally polyimide.
Pour une couche sacrificielle en polyimide avec gravure par plasma d'oxygène, la couche 270 peut être du SiN, du S1O2 ou du SiON. For a polyimide sacrificial layer with oxygen plasma etching, the layer 270 may be SiN, SiO 2 or SiON.
La figure 3 illustre de manière schématique une variante de ce deuxième mode de réalisation de capteur d'empreinte. FIG. 3 schematically illustrates a variant of this second embodiment of a fingerprint sensor.
Le mode de réalisation de la figure 3 ne sera décrit que pour ses différences relativement au mode de réalisation de la figure 2. Les références numériques de la figure 3 correspondent à celles de la figure 2, le premier chiffre étant remplacé par un 3.  The embodiment of FIG. 3 will only be described for its differences with respect to the embodiment of FIG. 2. The numerical references of FIG. 3 correspond to those of FIG. 2, the first digit being replaced by a 3.
Ici, les capsules sont isolées physiquement les unes des autres, sans contact physique direct entre elles. Elles sont ainsi isolées thermiquement et électriquement les unes des autres, ce qui améliore le contraste d'une image de l'empreinte obtenue à l'aide du capteur d'empreinte 300 selon l'invention.  Here, the capsules are physically isolated from each other, without direct physical contact between them. They are thus thermally and electrically isolated from each other, which improves the contrast of an image of the impression obtained using the impression sensor 300 according to the invention.
Ici, le matériau thermo-résistif des capsules ne s'étend pas entre les capsules, du côté du substrat. En revanche, le matériau thermo-résistif des capsules s'étend également entre les capsules, à même hauteur et même épaisseur que leurs parois supérieures respectives. Des tranchées 314 s'étendent dans ce matériau thermo-résistif, entre les capsules, pour isoler les capsules les unes des autres. De préférence, les tranchées 314 séparant les capsules forment ensemble une grille constituée d'une première série de tranchées parallèles, sécante avec une seconde série de tranchées parallèles. Here, the thermo-resistive material of the capsules does not extend between the capsules, on the substrate side. On the other hand, the thermo-resistive material of the capsules also extends between the capsules, at the same height and the same thickness as their respective upper walls. Trenches 314 extend into this thermoresistive material, between the capsules, to isolate the capsules from each other. Preferably, the trenches 314 separating the capsules together form a grid consisting of a first series of parallel trenches intersecting with a second series of parallel trenches.
Selon ce mode de réalisation, les fonctions d'arrêt de la gravure et d'isolation thermiques sont remplies par deux couches différentes. Une couche 340 d'arrêt de la gravure s'étend au-dessus de la couche 370 d'isolation thermique, qui s'étend elle-même sur le substrat 320. Ici, la couche 370 est déposée directement sur le substrat, sans couche intermédiaire, et la couche 340 est déposée directement sur la couche 370, sans couche intermédiaire.  According to this embodiment, the stop functions of the thermal etching and insulation are filled by two different layers. A etch stop layer 340 extends above the thermal insulation layer 370, which itself extends on the substrate 320. Here, the layer 370 is deposited directly on the substrate, without a layer. intermediate, and the layer 340 is deposited directly on the layer 370, without intermediate layer.
Le capteur de la figure 3 peut être réalisé par un procédé similaire au procédé décrit ci-avant, et à l'aide des étapes suivantes :  The sensor of FIG. 3 can be produced by a method similar to the method described above, and using the following steps:
dépôt sur le substrat 320 de la couche d'isolation thermique 370 ; dépôt sur la couche 370 de la couche 340 d'arrêt de la gravure ;  depositing on the substrate 320 the thermal insulation layer 370; deposition on the layer 370 of the etching stop layer 340;
dépôt d'une couche sacrificielle sur la couche 340 ;  depositing a sacrificial layer on the layer 340;
- gravures locales de la couche sacrificielle jusqu'à la couche 340 pour former des plots sacrificiels, et gravure locales de la couche sacrificielle et des couches 340 et 370 pour former des canaux ;  local etchings of the sacrificial layer to the layer 340 to form sacrificial pads, and local etching of the sacrificial layer and layers 340 and 370 to form channels;
dépôt de matériau thermo-résistif dans les interstices entre les plots sacrificiels, et au-dessus de ces derniers, et dans les canaux, pour former la matrice de capsules avec les pieds ;  depositing thermoresistive material in the interstices between the sacrificial pads, and above them, and in the channels, to form the matrix of capsules with the feet;
gravure locale du matériau thermo-résistif, pour former les orifices 311 dans les capsules 310, et les tranchées 314 entre les capsules ;  local etching of the thermoresistive material, to form the orifices 311 in the capsules 310, and the trenches 314 between the capsules;
évacuation des plots sacrificiels, en passant par les orifices 111, respectivement les tranchées 314 ;  evacuation of the sacrificial pads, through the orifices 111, respectively the trenches 314;
- le cas échéant, dépôt de la couche de protection.  - if necessary, deposit of the protective layer.
Les plots sacrificiels aux emplacements destinés à former les espaces de séparation entre les capsules peuvent former ensemble une grille, avec un plot sacrificiel associé à une capsule dans chaque trou de la grille. Ce procédé est particulièrement avantageux puisque la séparation des capsules est réalisée dans une même étape technologique que la gravure des orifices dans les capsules. The sacrificial pads at locations for forming the separation spaces between the capsules may together form a grid, with a sacrificial pad associated with a capsule in each hole of the grid. This method is particularly advantageous since the separation of the capsules is carried out in the same technological step as the etching of the orifices in the capsules.
En variante, le capteur d'empreinte ne diffère du capteur de la figure 1A ou 2 qu'en ce que les portions du matériau thermo-résistif entre les capsules, côté substrat, sont ouvertes par des tranchées séparant des capsules voisines.  In a variant, the impression sensor differs from the sensor of FIG. 1A or 2 only in that the portions of the thermo-resistive material between the capsules, on the substrate side, are opened by trenches separating adjacent capsules.
Dans la suite, on décrit différents modes de réalisation d'un capteur d'empreinte selon l'invention, présentant des moyens de chauffage des capsules.  In the following, various embodiments of a fingerprint sensor according to the invention, having means for heating the capsules, are described.
Comme détaillé ci-avant, dans un mode de détection passif, lorsque le doigt est posé sur le capteur, chaque capsule s'échauffe plus ou moins, voire pas du tout, selon qu'elle est surmontée par une crête ou par une vallée de l'empreinte. Cependant, après un certain temps, la température du capteur peut s'homogénéiser, de sorte que la différence de température entre une capsule associée aux crêtes et une capsule associée aux vallées de l'empreinte diminue. Il s'ensuit une perte de contraste sur l'image de l'empreinte. Le même problème se pose si dès le départ, la température des capsules et la température du doigt sont égales.  As detailed above, in a passive detection mode, when the finger is placed on the sensor, each capsule heats more or less, or not at all, depending on whether it is surmounted by a ridge or by a valley of the impression. However, after a certain time, the temperature of the sensor can be homogenized, so that the temperature difference between a capsule associated with the peaks and a capsule associated with valleys of the footprint decreases. This results in a loss of contrast in the image of the print. The same problem arises if from the beginning, the temperature of the capsules and the temperature of the finger are equal.
Pour éviter cette homogénéisation, on peut faire glisser le doigt à la surface du capteur d'empreinte.  To avoid this homogenization, one can slide the finger on the surface of the impression sensor.
On s'intéresse ici à une autre solution, consistant à chauffer les capsules.  We are interested here in another solution, consisting of heating the capsules.
Il y a alors échange de chaleur entre le doigt et les capsules.  There is heat exchange between the finger and the capsules.
II peut s'agir d'un échange de chaleur par conduction, lorsqu'il y a contact direct entre les tissus de la peau et la surface de contact, au niveau des crêtes de l'empreinte.  It can be conductive heat exchange, when there is direct contact between the skin tissues and the contact surface, at the crests of the impression.
En variante, il s'agit d'un échange de chaleur par convection, au niveau des vallées de l'empreinte.  Alternatively, it is a convective heat exchange at the valleys of the footprint.
L'échange de chaleur étant plus efficace par conduction que par convection, la variation de la température de chaque capsule varie, selon qu'elle se trouve sous une crête ou sous une vallée de l'empreinte.  The heat exchange being more efficient by conduction than by convection, the variation of the temperature of each capsule varies, according to whether it is under a crest or under a valley of the imprint.
En mesurant une variation de la résistance électrique d'une capsule, au cours d'un intervalle de temps prédéterminé, on peut savoir si elle est surmontée par une crête ou une vallée d'une empreinte digitale. Ce type de détection peut être nommé «mode de détection actif ». Il utilise des mesures de variations de résistances électriques, couplées à un chauffage des éléments sensibles. By measuring a variation of the electrical resistance of a capsule, during a predetermined time interval, it is possible to know whether it is surmounted by a peak or a valley of a fingerprint. This type of detection can be called "active detection mode". It uses measurements of electrical resistance variations, coupled with heating of the sensitive elements.
Le chauffage des capsules permet de briser l'équilibre thermodynamique qui peut s'établir au sein du capteur d'empreinte, pour conserver une image contrastée de l'empreinte.  The heating of the capsules makes it possible to break the thermodynamic equilibrium that can be established within the impression sensor, in order to preserve a contrasting image of the impression.
Ce chauffage peut également améliorer un contraste de l'image de l'empreinte, dans un mode de détection passif, lorsque la température initiale des capsules est trop proche de la température du doigt, et/ou pour éviter une saturation du capteur, si cette différence de température est trop élevée. En pratique, on peut alors ne mettre en œuvre le chauffage que pour une seconde acquisition, si la première acquisition n'offre pas un contraste suffisant.  This heating can also improve a contrast of the image of the impression, in a passive detection mode, when the initial temperature of the capsules is too close to the temperature of the finger, and / or to avoid saturation of the sensor, if this temperature difference is too high. In practice, one can then implement the heating for a second acquisition, if the first acquisition does not provide sufficient contrast.
Le chauffage d'une capsule peut être réalisé en chauffant directement la capsule, grâce à ses propriétés de thermo-résistivité, ou en chauffant un élément externe qui va chauffer la capsule par conduction thermique.  The heating of a capsule can be achieved by heating the capsule directly, thanks to its thermo-resistivity properties, or by heating an external element that will heat the capsule by thermal conduction.
Les figures 4A et 4B illustrent un troisième mode de réalisation de capteur d'empreinte selon l'invention, permettant de chauffer les capsules.  Figures 4A and 4B illustrate a third embodiment of the impression sensor according to the invention, for heating the capsules.
Le mode de réalisation de la figure 4A ne sera décrit que pour ses différences relativement au mode de réalisation de la figure 3. Les références numériques de la figure 4A correspondent à celles de la figure 3, le premier chiffre étant remplacé par un 4.  The embodiment of FIG. 4A will only be described for its differences with respect to the embodiment of FIG. 3. The reference numerals of FIG. 4A correspond to those of FIG. 3, the first digit being replaced by a 4.
A la figure 4A, la couche d'isolation thermique 470 présente également une fonction d'arrêt de la gravure, de sorte qu'il n'y a pas de couche d'arrêt de la gravure spécifique.  In FIG. 4A, the thermal insulation layer 470 also has a stop function of etching, so that there is no stop layer of the specific etching.
La figure 4B est une vue de dessus d'une capsule 410 telle que représentée en figure FIG. 4B is a view from above of a capsule 410 as represented in FIG.
4A. 4A.
La figure 4B illustre notamment le plan BB', correspondant au plan de la vue en coupe représentée en figure 4A. Le plan BB' est orthogonal à un plan AA', passant par les premiers pieds 413 tels que décrits en référence à la figure 2. La figure 4A diffère donc de la figure 3 en ce qu'elle correspond au plan de coupe BB', et non au plan de coupe AA'. Chaque capsule 410 est chauffée par un filament métallique, représenté en trait noir épais, et formant un élément chauffant sur la capsule (voir figures 4A et 4B). Les filaments métalliques sont par exemple en Ti, TiN, Al, etc. FIG. 4B illustrates in particular the plane BB ', corresponding to the plane of the sectional view represented in FIG. 4A. The plane BB 'is orthogonal to a plane AA', passing through the first legs 413 as described with reference to FIG. 2. FIG. 4A thus differs from FIG. 3 in that it corresponds to the section plane BB '. and not at the cutting plane AA '. Each capsule 410 is heated by a metallic filament, shown in thick black line, and forming a heating element on the capsule (see Figures 4A and 4B). The metal filaments are for example Ti, TiN, Al, etc.
Comme le montre la figure 4B, chaque filament métallique d'une capsule est formé d'un seul tenant, et distinct des filaments métalliques des autres capsules.  As shown in FIG. 4B, each metal filament of a capsule is formed in one piece, and distinct from the metal filaments of the other capsules.
Chaque filament métallique est connecté électriquement à une source de courant Each metal filament is electrically connected to a power source
481. 481.
Là-encore, il s'agit d'une connexion électrique verticale, par l'intermédiaire de deux seconds pieds 483 s'étendant verticaux depuis la paroi supérieure de la capsule vers le substrat, en passant par la cavité 412, et de deux seconds plots de connexion 482, affleurant à la surface supérieure du substrat 420.  Again, it is a vertical electrical connection, through two second feet 483 extending vertically from the top wall of the capsule to the substrate, through the cavity 412, and two seconds connection pads 482, flush with the upper surface of the substrate 420.
Dans chaque capsule 410, chacun des deux seconds pieds 483 s'étend jusqu'à un second plot de connexion 482, en traversant la couche d'isolation thermique 470.  In each capsule 410, each of the two second legs 483 extends to a second connection pad 482, passing through the thermal insulation layer 470.
Dans chaque capsule, une couche d'isolation électrique 485 s'étend directement entre la surface supérieure de la capsule 483 et le filament métallique 480, excepté au- dessus des seconds pieds, dans deux régions 486 du filament métallique.  In each capsule, an electrical insulation layer 485 extends directly between the upper surface of the capsule 483 and the metal filament 480, except above the second legs, in two regions 486 of the metal filament.
On injecte un courant de polarisation dit de chauffage.  A so-called heating polarization current is injected.
Le courant circule successivement dans un second plot de connexion 482, puis un second pied 483, puis dans le filament métallique, puis dans l'autre second pied 483 et jusqu'à l'autre second plot de connexion 482.  The current flows successively in a second connection pad 482, then a second foot 483, then in the metal filament, then in the other second foot 483 and to the other second connection pad 482.
Le filament métallique présente une résistance électrique de l'ordre de 100 Ω, par exemple entre 50 Ω et 200 Ω.  The metal filament has an electrical resistance of the order of 100 Ω, for example between 50 Ω and 200 Ω.
L'intensité du courant est suffisante pour chauffer le filament métallique, par exemple pour augmenter sa température de plusieurs degrés Celsius.  The intensity of the current is sufficient to heat the metal filament, for example to increase its temperature by several degrees Celsius.
Chaque filament métallique 480 ainsi chauffé va à son tour chauffer la capsule, par conduction au travers de la couche d'isolation électrique 485. Les filaments métalliques peuvent augmenter de plusieurs degrés Celsius la température moyenne des capsules.  Each metal filament 480 thus heated will in turn heat the capsule by conduction through the electrical insulation layer 485. The metal filaments can increase the average temperature of the capsules by several degrees Celsius.
La couche d'isolation électrique 485 peut fermer un orifice traversant la paroi supérieure de la capsule correspondante. En variante, elle est gravée en même temps que la capsule, l'orifice traversant à la fois la couche d'isolation électrique et la capsule. En variante, elle ne s'étend pas au-dessus d'un orifice de la capsule. The electrical insulation layer 485 can close an orifice passing through the upper wall of the corresponding capsule. Alternatively, it is engraved at the same time as the capsule, the orifice passing through both the electrical insulation layer and the capsule. In a variant, it does not extend above an orifice of the capsule.
La couche d'isolation électrique 485 peut être un alliage comprenant du silicium, tel que SiN ou SiC, ou un oxyde comme du SiO.  The electrical insulation layer 485 may be an alloy comprising silicon, such as SiN or SiC, or an oxide such as SiO.
La figure 4B illustre plus particulièrement la forme d'un filament métallique, au- dessus d'une capsule.  Figure 4B illustrates more particularly the shape of a metal filament, above a capsule.
Le filament métallique 480 se présente sous la forme d'un assemblage de lignes droites et de lignes courbes. En particulier, deux cercles s'étendent concentriques au centre de la surface supérieure de la capsule. Du côté de chaque région 486, un segment s'étend de ladite région au petit cercle, en traversant le grand cercle. Ce segment est aligné sur un axe reliant les deux régions 486, ou en d'autres termes sur une diagonale de la surface supérieure de la capsule.  The metallic filament 480 is in the form of an assembly of straight lines and curved lines. In particular, two circles extend concentrically in the center of the upper surface of the capsule. On the side of each region 486, a segment extends from said region to the small circle, crossing the large circle. This segment is aligned on an axis connecting the two regions 486, or in other words on a diagonal of the upper surface of the capsule.
Les régions 486 telles que décrites ci-avant s'étendent ici respectivement au niveau de deux coins de la surface supérieure de la capsule, sur une diagonale de celle-ci.  The regions 486 as described above here respectively extend at two corners of the upper surface of the capsule, on a diagonal thereof.
L'invention n'est pas limitée à cet exemple de réalisation, et de nombreuses autres réalisations de lignes métalliques peuvent être mises en œuvre sans sortir du cadre de l'invention. La figure 4C illustre un exemple d'une autre réalisation, dans laquelle le filament métallique 480' s'étend selon un unique serpentin.  The invention is not limited to this embodiment, and many other embodiments of metal lines can be implemented without departing from the scope of the invention. Figure 4C illustrates an example of another embodiment, in which the metal filament 480 'extends in a single coil.
Dans ces deux exemples de réalisation, le filament métallique ne s'étend pas en ligne droite, pour occuper une large surface sur la capsule et ainsi optimiser le chauffage de la capsule.  In these two exemplary embodiments, the metal filament does not extend in a straight line, to occupy a large surface area on the capsule and thus optimize heating of the capsule.
Les figures 5A et 5B illustrent une variante du mode de réalisation des figures 4A et FIGS. 5A and 5B illustrate a variant of the embodiment of FIGS. 4A and
4B. 4B.
Le mode de réalisation de la figure 5A ne sera décrit que pour ses différences relativement au mode de réalisation de la figure 4A. Les références numériques de la figure 5A correspondent à celles de la figure 4A, le premier chiffre étant remplacé par un 5.  The embodiment of FIG. 5A will only be described for its differences with respect to the embodiment of FIG. 4A. The reference numbers of FIG. 5A correspond to those of FIG. 4A, the first digit being replaced by a 5.
Selon ce mode de réalisation, il n'y a pas de couche d'isolation électrique qui sépare une capsule 510 et un filament métallique 580. Le filament métallique 580 est en contact physique direct avec la capsule 510, sur toute son étendue. La figure 5B correspond à la figure 4B. On voit que le filament métallique 580 s'étend en ligne droite. Cette ligne droite s'étend orthogonale à un plan vertical 587, représenté en trait mixte, reliant les deux premiers pieds 513 (représentés en transparence à la figure 5B). According to this embodiment, there is no electrical insulation layer separating a capsule 510 and a metal filament 580. The metal filament 580 is in direct physical contact with the capsule 510 throughout its entire extent. Figure 5B corresponds to Figure 4B. It can be seen that the metal filament 580 extends in a straight line. This straight line extends orthogonal to a vertical plane 587, shown in phantom, connecting the first two feet 513 (shown in transparency in Figure 5B).
Le plan 587 correspond au plan de coupe AA' tel que décrit ci-avant.  The plane 587 corresponds to the cutting plane AA 'as described above.
Cet agencement permet que les lignes de courant provenant d'une première région extrémité 586 du filament métallique ne circulent que vers l'autre extrémité 586, de sorte qu'il n'est plus nécessaire d'isoler électriquement le filament métallique 580 et la capsule.  This arrangement allows the current lines from a first end region 586 of the metal filament to flow only to the other end 586, so that it is no longer necessary to electrically isolate the metal filament 580 and the capsule .
L'au moins un orifice (non représenté), traversant la surface supérieure de la matrice, est espacé de la ligne métallique 580.  The at least one orifice (not shown), passing through the upper surface of the matrix, is spaced from the metal line 580.
Les figures 6A et 6B illustrent un quatrième mode de réalisation de capteur d'empreinte 600 selon l'invention, permettant de chauffer les capsules.  FIGS. 6A and 6B illustrate a fourth embodiment of impression sensor 600 according to the invention, making it possible to heat the capsules.
Le mode de réalisation de la figure 6A correspond sensiblement au mode de réalisation de la figure 3, excepté notamment l'emplacement des premiers pieds 613. Ces premiers pieds 613 sont reliés ici par un plan vertical passant par les milieux de deux côtés opposés de la paroi supérieure.  The embodiment of FIG. 6A corresponds substantially to the embodiment of FIG. 3, except in particular the location of the first legs 613. These first legs 613 are connected here by a vertical plane passing through the midpoints of two opposite sides of the upper wall.
En outre, une unique couche d'isolation thermique 670 joue également le rôle de couche d'arrêt de la gravure.  In addition, a single thermal insulation layer 670 also acts as a stop layer for etching.
La figure 6B est une vue de dessus du capteur d'empreinte. La figure 6B illustre le plan CC de la coupe illustrée à la figure 6A.  Figure 6B is a top view of the impression sensor. Figure 6B illustrates the plane CC of the section shown in Figure 6A.
Selon ce mode de réalisation, chaque capsule 610 est chauffée par des composants thermo-résistifs 690, ou résistances, formant par effet Joule des dipôles chauffant entre les capsules.  According to this embodiment, each capsule 610 is heated by thermo-resistive components 690, or resistors, forming by Joule effect heating dipoles between the capsules.
Les composants thermo-résistifs 690 peuvent être constitués du même matériau que les capsules, ou plus préférentiellement d'un métal.  The thermoresistive components 690 may consist of the same material as the capsules, or more preferably of a metal.
Chaque composant thermo-résistif 690 s'étend entre deux capsules voisines, de préférence directement sur le substrat 620, ou même le cas échéant sur une fine couche d'accroché, non représentée, disposée directement entre le substrat et ledit composant. Le cas échéant, le composant thermo-résistif 690 s'étend sous la couche d'isolation thermique 670. Chaque composant thermo-résistif 690 s'étend à proximité d'un premier pied 613 d'une capsule, ici entre deux premiers pieds 613 de deux capsules voisines. Each thermo-resistive component 690 extends between two adjacent capsules, preferably directly on the substrate 620, or even optionally on a thin layer of hooked, not shown, disposed directly between the substrate and said component. If necessary, the thermoresistive component 690 extends under the thermal insulation layer 670. Each thermo-resistive component 690 extends near a first foot 613 of a capsule, here between two first legs 613 of two neighboring capsules.
De préférence, les composants thermo-résistifs ne sont pas en contact physique direct avec les pieds 613, pour éviter de court-circuiter électriquement les capsules, en particulier lorsque ces composants sont métalliques.  Preferably, the thermoresistive components are not in direct physical contact with the feet 613, to avoid electrically shorting the capsules, especially when these components are metallic.
En particulier lorsque les composants thermo-résistifs sont constitués du même matériau que les capsules, ils peuvent être en contact physique direct avec les capsules.  Especially when the thermoresistive components are made of the same material as the capsules, they can be in direct physical contact with the capsules.
Chaque composant thermo-résistif 690 est connecté électriquement à une source de courant 691, par l'intermédiaire de deux seconds plots de connexion 692, affleurant ici à la surface supérieure du substrat 620.  Each thermoresistive component 690 is electrically connected to a current source 691, via two second bond pads 692, flush with the upper surface of the substrate 620.
Comme décrit en référence à la figure 5A, la source de courant 691 fournit un courant de polarisation, qui chauffe ici le composant thermo-résistif par effet Joule.  As described with reference to FIG. 5A, the current source 691 supplies a bias current, which here heats the thermo-resistive component by Joule effect.
La chaleur se déplace par conduction, depuis un composant thermo-résistif, jusqu'à la paroi supérieure de la capsule, en passant par un premier pied 613 de celle-ci.  The heat travels by conduction from a thermoresistive component to the top wall of the capsule through a first leg 613 thereof.
En variante, on peut réaliser un pied s'étendant depuis la paroi supérieure de la capsule jusqu'au substrat, et dédié spécifiquement à la conduction de chaleur, depuis un tel composant thermo-résistif jusqu'à la paroi supérieure de la capsule.  Alternatively, it is possible to realize a foot extending from the top wall of the capsule to the substrate, and specifically dedicated to the conduction of heat, from such a thermoresistive component to the upper wall of the capsule.
La figure 6B illustre la matrice de capsules 610, réparties selon un maillage carré, et espacées les unes des autres.  Figure 6B illustrates the matrix of capsules 610, distributed in a square mesh, and spaced apart from each other.
La largeur de la matrice de capsule désigne l'une de ses dimensions dans un plan parallèle au substrat. Ce n'est pas forcément la plus grande dimension.  The width of the capsule matrix designates one of its dimensions in a plane parallel to the substrate. This is not necessarily the biggest dimension.
Les composants thermo-résistifs s'étendent selon des lignes parallèles, dites lignes chauffantes, qui s'étendent chacune sur toute la largeur de la matrice de capsules. Chaque ligne chauffante peut être constituée de plusieurs composants thermo-résistifs montés en série, les uns à la suite des autres, ou de préférence d'un unique composant thermo-résistif qui s'étend d'une extrémité à l'autre de la matrice de capsules. A chaque rangée de capsules correspond une ligne chauffante.  The thermoresistive components extend in parallel lines, called heating lines, which each extend over the entire width of the capsule matrix. Each heating line may consist of several thermo-resistive components connected in series, one after the other, or preferably of a single thermoresistive component which extends from one end to the other of the matrix of capsules. Each row of capsules corresponds to a heating line.
En fonctionnement, toutes les lignes chauffantes ne sont pas forcément actionnées en même temps. Cela permet de restreindre une puissance électrique maximale à fournir au capteur d'empreinte. In operation, not all heating lines are operated at the same time. This limits the maximum electrical power to be supplied to the fingerprint sensor.
En outre, on peut intégrer successivement les signaux électriques des différentes lignes de capsules, et ne chauffer que la ligne de capsule dont on intègre les signaux. On lit ensuite chaque ligne de capsules pendant que le signal est intégré sur la ligne suivante.  In addition, it is possible to successively integrate the electrical signals of the different lines of capsules, and to heat only the capsule line whose signals are integrated. Each line of capsules is then read while the signal is integrated on the next line.
Cela permet de restreindre une consommation énergétique du capteur d'empreinte This allows to restrict an energy consumption of the impression sensor
600. 600.
En particulier, dans le cas d'une lecture de type « rolling shutter », les signaux électriques des lignes de capsules de la matrice de capsules sont intégrés les uns après les autres, de bas en haut (ou de haut en bas). De la même façon, les lignes chauffantes sont activées les unes après les autres, de bas en haut (ou de haut en bas), et de façon synchrone avec l'intégration des signaux des lignes de capsules. Seule la ligne de capsule dont on intègre le signal est chauffée par la ou les ligne(s) chauffante(s) adjacente(s).  In particular, in the case of a "rolling shutter" type reading, the electrical signals of the capsule lines of the capsule matrix are integrated one after the other, from bottom to top (or from top to bottom). In the same way, the heating lines are activated one after the other, from bottom to top (or from top to bottom), and synchronously with the integration of the signals of the capsule lines. Only the capsule line whose signal is integrated is heated by the adjacent heating line (s).
Ici, une même ligne chauffante chauffe les deux lignes de capsules adjacentes. Selon une variante non représentée, les pieds 613 sont agencés sur une capsule de sorte qu'un seul d'entre eux soit situé à proximité d'une ligne chauffante, de sorte que l'activation d'une ligne chauffante ne chauffe qu'une unique ligne de capsules.  Here, the same heating line heats the two lines of adjacent capsules. According to a variant not shown, the feet 613 are arranged on a capsule so that only one of them is located near a heating line, so that the activation of a heating line only heats a single line of capsules.
La figure 7A illustre une capsule d'un cinquième mode de réalisation d'un capteur d'empreinte selon l'invention, selon une vue de dessus.  FIG. 7A illustrates a capsule of a fifth embodiment of a fingerprint sensor according to the invention, in a view from above.
Ce mode de réalisation est adapté à un mode de détection actif.  This embodiment is adapted to an active detection mode.
Selon ce mode de réalisation, chaque capsule 710 est chauffée directement, ici par une source de courant 701, en exploitant les propriétés de thermo-résistivité du matériau formant les capsules.  According to this embodiment, each capsule 710 is heated directly, here by a current source 701, by exploiting the thermo-resistivity properties of the material forming the capsules.
La vue en coupe de ce mode de réalisation, dans le plan de coupe vertical AA' illustré à la figure 7A, correspond par exemple à la figure 3. Le plan AA' passe par les premiers plots de connexion 750, et le cas échéant par les premiers pieds de la capsule. Les premiers plots de connexion sont dédiés à la connexion aux moyens 760 de lecture de résistance électrique, comme décrit ci-avant. La vue en coupe de ce mode de réalisation, dans le plan de coupe BB" illustré à la figure 7A, correspond à la figure 4A ou 5A, sans les filaments métalliques et les éventuelles couches d'isolation électriques entre ces filaments et les capsules. The sectional view of this embodiment, in the vertical sectional plane AA 'illustrated in FIG. 7A, corresponds for example to FIG. 3. The plane AA' passes through the first connection pads 750, and, if appropriate, by the first feet of the capsule. The first connection pads are dedicated to the connection to the electrical resistance reading means 760, as described above. The sectional view of this embodiment, in the section plane BB "illustrated in FIG. 7A, corresponds to FIG. 4A or 5A, without the metal filaments and any electrical insulation layers between these filaments and the capsules.
Chaque capsule présente donc deux seconds pieds, non représentés, qui s'étendent chacun verticaux jusqu'au substrat, jusqu'à deux plots de connexion respectifs 701 pour la connexion à une source de courant 781.  Each capsule therefore has two second feet, not shown, each of which extends vertically to the substrate, up to two respective connection pads 701 for connection to a current source 781.
La source de courant 701 fournit un courant de polarisation, qui chauffe les capsules par effet Joule.  The current source 701 provides a bias current, which heats the capsules by Joule effect.
L'écartement Dl entre les deux seconds pieds verticaux est adapté à la valeur du courant de polarisation, et à une énergie que l'on souhaite dissiper dans la capsule, par exemple entre 0,1 et 1 mW.  The spacing D1 between the two second vertical feet is adapted to the value of the bias current, and to an energy that is desired to dissipate in the capsule, for example between 0.1 and 1 mW.
Pour dissiper 1 mW dans chaque capsule, sous 1 mA de courant de polarisation, il faut une résistance de 1 kQ, bien inférieure à une résistance mesurée entre deux coins de la capsule, de l'ordre d'un ΜΩ.  To dissipate 1 mW in each capsule, under 1 mA of bias current, a resistance of 1 kΩ is required, much lower than a resistance measured between two corners of the capsule, of the order of one Ω.
Par conséquent, l'écartement Dl entre les deux seconds pieds est inférieur à un écartement D2 entre les deux premiers plots de connexion 750, et le cas échéant entre les deux premiers pieds.  Consequently, the spacing D1 between the two second feet is less than a spacing D2 between the first two connection pads 750, and where appropriate between the first two feet.
En tout état de cause, l'intensité du courant délivré par la source de courant 701 est suffisante pour chauffer la capsule, par exemple pour augmenter sa température moyenne de plusieurs degrés Celsius.  In any case, the intensity of the current delivered by the current source 701 is sufficient to heat the capsule, for example to increase its average temperature by several degrees Celsius.
La source de courant 701 forme des moyens de chauffage. Elle est reliée à des moyens de pilotage 704, pour actionner ces moyens de chauffage pendant un intervalle de temps prédéterminé.  The current source 701 forms heating means. It is connected to control means 704 for operating these heating means for a predetermined time interval.
La figure 7B illustre une impulsion de courant fournie par la source de courant 701 (courant constant lo entre les instant ti et t2, et nul ailleurs). FIG. 7B illustrates a current pulse supplied by the current source 701 (constant current lo between times t 1 and t 2 , and zero anywhere else).
Cette impulsion de courant fournit à la capsule une puissance constante sous forme de chaleur, entre les instant ti et t2 (voir figure 7B). This current pulse provides the capsule with constant power in the form of heat, between times t 1 and t 2 (see FIG. 7B).
Lorsque la capsule est recouverte par une vallée de l'empreinte, la chaleur est transmise au doigt par convection. L'efficacité de ce transfert de chaleur est moindre, de sorte que la température de la capsule augmente fortement entre les instants ti et t2 (variation de température ΔΤν, voir figure 7B). When the capsule is covered by a valley of the impression, the heat is transmitted to the finger by convection. The efficiency of this heat transfer is lower, so that the temperature of the capsule greatly increases between the instants ti and t 2 (temperature variation ΔΤ ν, see Figure 7B).
Lorsque la capsule est recouverte par une crête de l'empreinte, la chaleur est transmise au doigt par conduction. L'efficacité de ce transfert de chaleur est grande, de sorte que la température de la capsule augmente faiblement entre les instants ti et t2 (variation de température ΔΤ0< ΔΤν). When the capsule is covered by a crest of the impression, the heat is transmitted to the finger by conduction. The efficiency of this heat transfer is large, so that the temperature of the capsule increases slightly between times t 1 and t 2 (temperature variation ΔΤ 0 <ΔΤ ν ).
Ces variations de température correspondent à des variations de résistance électrique.  These temperature variations correspond to variations in electrical resistance.
Les moyens 760 de lecture de la résistance électrique de la capsule sont donc reliés à des moyens de comparaison 705, pour mesurer une variation de la résistance électrique de la capsule entre deux instants, notamment entre l'instant de démarrage du chauffage de la capsule, et l'instant de fin de ce chauffage, ici entre ti et t2. The means 760 for reading the electrical resistance of the capsule are therefore connected to comparison means 705, for measuring a variation of the electrical resistance of the capsule between two instants, in particular between the instant of starting of the heating of the capsule, and the instant of end of this heating, here between ti and t 2 .
On peut convertir ladite variation de résistance électrique en niveau de gris, pour former une image de l'empreinte digitale.  The variation of electrical resistance can be converted to gray level to form an image of the fingerprint.
Selon une variante non représentée, une seule paire de plots de connexion relie la capsule à la source de courant 701 ou aux moyens 760 de lecture de la résistance électrique, en fonction de l'état d'un commutateur. La capsule est d'abord chauffée, puis sa résistance est lue. Par exemple, on injecte un courant important pour chauffer la capsule, et un courant spécifique pour lire sa résistance.  According to a variant not shown, a single pair of connection pads connects the capsule to the current source 701 or the means 760 for reading the electrical resistance, depending on the state of a switch. The capsule is first heated, then its resistance is read. For example, a large current is injected to heat the capsule, and a specific current to read its resistance.
Selon une autre variante, une seule paire de plots de connexion relie la capsule aux moyens 760 de lecture de la résistance électrique, formant également une source de courant pour chauffer la capsule. On injecte un courant pour chauffer la capsule (en appliquant une tension fixe par exemple), puis on lit la valeur de la résistance en mesurant le courant injecté.  According to another variant, a single pair of connection pads connects the capsule to the means 760 for reading the electrical resistance, also forming a current source for heating the capsule. A current is injected to heat the capsule (by applying a fixed voltage for example), then the value of the resistance is read by measuring the injected current.
Dans chacun des modes de réalisation des figures 4A à 7B, plusieurs capsules peuvent partager une même source de courant, en étant par exemple reliées simultanément à la même source de courant, ou alternativement en fonction de l'état d'un commutateur. Par exemple, toutes les capsules d'une même ligne de capsules d'un capteur matriciel sont avantageusement connectées simultanément à une même source de courant. L'ensemble des modes de réalisation et variantes décrits en référence aux figures 4A à 7B mettent en œuvre un chauffage des capsules grâce à un courant de polarisation et à une ou plusieurs sources de courant. In each of the embodiments of FIGS. 4A to 7B, several capsules can share the same current source, for example being simultaneously connected to the same current source, or alternatively depending on the state of a switch. For example, all the capsules of the same line of capsules of a matrix sensor are advantageously connected simultaneously to the same current source. All the embodiments and variants described with reference to FIGS. 4A to 7B implement heating of the capsules by means of a bias current and one or more current sources.
Selon des variantes non représentées, le chauffage utilise une tension de polarisation, grâce à une ou plusieurs sources de tension.  According to variants not shown, the heating uses a bias voltage, thanks to one or more voltage sources.
Chacun des modes de réalisation offrant des moyens de chauffage des capsules, voir notamment figures 4A à 6B, peut comprendre des moyens de pilotage et des moyens de comparaison tels que décrits en figures 7A et 7B, pour un mode de détection actif.  Each of the embodiments providing means for heating the capsules, see in particular FIGS. 4A to 6B, may comprise control means and comparison means as described in FIGS. 7A and 7B, for an active detection mode.
En outre, la lecture ligne par ligne des résistances des capsules, et le chauffage ligne par ligne des capsules, peuvent être mis en œuvre dans chacun de ces modes de réalisation.  In addition, the line-by-line reading of the resistances of the capsules, and the line-by-line heating of the capsules, can be implemented in each of these embodiments.
Les capsules peuvent être réparties selon une unique ligne de capsules, le doigt (respectivement la main) étant déplacé(e) au-dessus de cette ligne de capsules pour détecter toute l'empreinte.  The capsules can be divided into a single line of capsules, the finger (respectively the hand) being moved (e) above this line of capsules to detect the entire footprint.
Les différents modes de réalisation peuvent être combinés entre eux, par exemple pour offrir, dans un même capteur d'empreinte, différents moyens de chauffage des capsules.  The different embodiments can be combined with each other, for example to provide, in the same impression sensor, different means for heating the capsules.
Dans chacun des modes de réalisation, plusieurs capsules peuvent partager des mêmes moyens de mesure de résistance électrique, en étant reliés à ces derniers alternativement, en fonction de l'état d'un commutateur.  In each of the embodiments, several capsules may share the same electrical resistance measuring means, being connected thereto alternately, depending on the state of a switch.
Dans chacun des modes de réalisation, une fine couche d'accroché peut s'étendre directement sous les parois latérales de chaque capsule, en veillant à ce qu'elle ne court- circuite pas la capsule. Pour cela, on peut par exemple choisir une couche d'accroché non conductrice électriquement, ou texturer la couche d'accroché de sorte qu'elle ne s'étende pas au-dessus des premiers plots de connexion.  In each of the embodiments, a thin layer of hooking may extend directly under the sidewalls of each capsule, ensuring that it does not short circuit the capsule. For this, one can for example choose an electrically non-conductive hung layer, or texturing the hooked layer so that it does not extend above the first connection pads.
Dans chacun des modes de réalisation, une fine couche de reprise de contact électrique peut être déposée sur les premiers et/ou seconds plots de connexion, pour faciliter la reprise de contact électrique avec la capsule, notamment au niveau d'un premier et/ou un second pied de la capsule. Cette couche de reprise de contact électrique comprend par exemple du titane ou du tantale. Il s'agit par exemple de Ti, Ta, TiN, Ti/TiN, TaN, ou Ta/TaN. Elle est avantageusement déposée directement sur le substrat, puis gravée partout excepté au-dessus des plots de connexion. In each of the embodiments, a thin layer of electrical contact recovery can be deposited on the first and / or second connection pads, to facilitate the resumption of electrical contact with the capsule, in particular at a first and / or a second foot of the capsule. This electrical contact recovery layer comprises, for example, titanium or tantalum. It is for example Ti, Ta, TiN, Ti / TiN, TaN, or Ta / TaN. It is advantageously deposited directly on the substrate, then etched everywhere except above the connection pads.
On décrit enfin, un sixième mode de réalisation de l'invention, intégrant les éléments d'un imageur optique sur le même substrat que celui recevant les capsules.  Finally, a sixth embodiment of the invention is described, integrating the elements of an optical imager on the same substrate as that receiving the capsules.
En particulier, des photodiodes et des sources lumineuses s'étendent dans, ou au- dessus de ce substrat.  In particular, photodiodes and light sources extend in, or above, this substrate.
Chaque photodiode et chaque source lumineuse peut s'étendre sous une capsule, ou entre des capsules voisines.  Each photodiode and each light source can extend under a capsule, or between neighboring capsules.
Les sources lumineuses émettent en direction de la surface de contact du capteur. La répartition spatiale des capsules, des photodiodes et des sources lumineuses correspond à trois matrices entrelacées, de sorte que des mesures optiques et thermiques se rapportent à une même région d'un objet étudié.  The light sources emit towards the contact surface of the sensor. The spatial distribution of the capsules, photodiodes and light sources corresponds to three interwoven matrices, so that optical and thermal measurements relate to the same region of a studied object.
On combine ainsi un capteur thermique et un capteur optique pouvant être associés chacun à une même surface de détection.  This combines a thermal sensor and an optical sensor that can each be associated with the same detection surface.
On peut ainsi consolider et/ou compléter et/ou corriger des mesures thermiques par des mesures optiques, et inversement. Par exemple, l'effet d'une homogénéisation de la température sur la surface de contact peut être compensé par des mesures optiques.  It is thus possible to consolidate and / or complete and / or correct thermal measurements by optical measurements, and vice versa. For example, the effect of temperature homogenization on the contact surface can be compensated by optical measurements.
De préférence, on exploite astucieusement des orifices, ou events, présents dans chaque capsule, et permettant d'évacuer un matériau sacrificiel utilisé pour construire les capsules.  Preferably, it is cleverly exploited orifices, or events, present in each capsule, and for discharging a sacrificial material used to build the capsules.
Puisque ces derniers laissent passer la lumière, on dispose les photodiodes et/ou les sources lumineuses sous des capsules, c'est-à-dire entre le substrat et la paroi supérieure d'une capsule.  Since the latter let the light pass, the photodiodes and / or the light sources are placed under capsules, that is to say between the substrate and the upper wall of a capsule.
On combine ainsi un capteur thermique et un capteur optique avec un encombrement minimal.  This combines a thermal sensor and an optical sensor with minimal space.
Les mesures thermiques et optiques sont avantageusement réalisées simultanément. The thermal and optical measurements are advantageously carried out simultaneously.
De préférence, les photodiodes s'étendent chacune sous une capsule, de sorte qu'il n'y a pas de décalage spatial entre des pixels thermiques formés par les capsules et des pixels optiques formés par des photodiodes. Si les orifices sont recouverts par une ou plusieurs couches telles qu'une couche de protection, ou une fine couche d'isolation électrique (voir figure 4A), cette couche est alors transparente, sur tout ou partie du spectre de sensibilité spectrale des photodiodes, et/ou sur tout ou partie du spectre d'émission des sources lumineuses (taux de transmission supérieur à 80%). Le DLC, par exemple, est transparent dans le visible. Preferably, the photodiodes each extend under a capsule, so that there is no spatial shift between thermal pixels formed by the capsules and optical pixels formed by photodiodes. If the orifices are covered by one or more layers such as a protective layer, or a thin layer of electrical insulation (see FIG. 4A), this layer is then transparent, over all or part of the spectral sensitivity spectrum of the photodiodes, and / or all or part of the emission spectrum of the light sources (transmission rate greater than 80%). DLC, for example, is transparent in the visible.
Les photodiodes peuvent être constituées chacune d'une diode PiN (pour l'anglais « Positive Intrinsic Négative diode ») formée au-dessus du substrat, ou d'une photodiode formée directement dans le matériau du substrat (en particulier dans un substrat semiconducteur recevant des circuits de connexion réalisés en technologie CMOS, nommé dans la suite « substrat CMOS »).  The photodiodes may each consist of a diode PiN (for the English "Positive Intrinsic Negative Diode") formed above the substrate, or a photodiode formed directly in the substrate material (in particular in a semiconductor substrate receiving connection circuits made in CMOS technology, hereinafter referred to as "CMOS substrate").
Une même capsule peut recouvrir une photodiode seule, ou une source lumineuse seule, ou les deux.  The same capsule may cover a single photodiode, or a light source alone, or both.
Lorsqu'une photodiode et une source lumineuse sont disposées sous la même capsule, on prévoit avantageusement des moyens pour éviter d'aveugler la photodiode lorsque la source lumineuse est allumée.  When a photodiode and a light source are arranged under the same capsule, it is advantageous to provide means to avoid blinding the photodiode when the light source is turned on.
Par exemple, une paroi opaque peut s'étendre à l'intérieur de la capsule, entre la source lumineuse et la photodiode, pour arrêter un rayonnement lumineux à la longueur d'onde d'émission de la source lumineuse. Cette paroi peut être constituée du même matériau que la capsule. Cette paroi peut s'étendre sur toute la hauteur de la cavité délimitée par la capsule.  For example, an opaque wall may extend inside the capsule, between the light source and the photodiode, to stop light radiation at the emission wavelength of the light source. This wall may be made of the same material as the capsule. This wall may extend over the entire height of the cavity defined by the capsule.
En variante, la source lumineuse est entourée d'une paroi métallique, pour bloquer des rayons lumineux se propageant latéralement.  Alternatively, the light source is surrounded by a metal wall, to block light rays propagating laterally.
En variante, c'est la séquence d'allumage des sources lumineuses et d'intégration des photodiodes qui permet de n'intégrer que des photodiodes situées à distance d'une source lumineuse allumée.  As a variant, it is the ignition sequence of the light sources and the integration of the photodiodes that makes it possible to integrate only photodiodes located at a distance from a light source that is on.
Les sources lumineuses peuvent être des diodes électroluminescentes (LED), en particulier des LED à base de nitrure de gallium (GaN). Chaque LED est avantageusement disposée entre le substrat et la paroi supérieure d'une capsule. En variante, les sources lumineuses peuvent être des diodes électroluminescentes organiques (OLED), réalisées sur le substrat, à l'extérieur de chaque capsule, entre des capsules voisines. The light sources may be light emitting diodes (LEDs), in particular LEDs based on gallium nitride (GaN). Each LED is advantageously disposed between the substrate and the upper wall of a capsule. As a variant, the light sources may be organic light-emitting diodes (OLEDs), produced on the substrate, outside each capsule, between neighboring capsules.
Chaque OLED présente avantageusement une forme allongée, parallèle à des lignes de capsules et à des lignes de photodiodes. Chaque OLED peut notamment s'étendre sur toute la largeur d'un capteur optique formé par les photodiodes.  Each OLED advantageously has an elongate shape, parallel to capsule lines and lines of photodiodes. Each OLED can in particular extend over the entire width of an optical sensor formed by the photodiodes.
Un même capteur peut présenter plusieurs types de sources lumineuses, présentant chacun des spectres d'émission centrés sur différentes longueurs d'onde. Ces plusieurs types de sources lumineuses peuvent différer uniquement par la nature d'une couche supérieure de conversion en longueur d'onde.  The same sensor may have several types of light sources, each having emission spectra centered on different wavelengths. These several types of light sources may differ only in the nature of a higher wavelength conversion layer.
Les sources lumineuses peuvent par exemple former ensemble une matrice RGB, constituée de sources lumineuses émettant respectivement dans le rouge, le bleu ou le vert.  The light sources may for example together form a matrix RGB, consisting of light sources emitting respectively in red, blue or green.
Lorsqu'une photodiode s'étend sous la paroi supérieure d'une capsule, cette paroi supérieure étant traversée par au moins un orifice, la position de cet orifice, respectivement de l'un de ces orifices, est avantageusement alignée avec la position de la photodiode, selon un axe vertical orthogonal au substrat.  When a photodiode extends under the upper wall of a capsule, this upper wall being traversed by at least one orifice, the position of this orifice, respectively of one of these orifices, is advantageously aligned with the position of the photodiode, along a vertical axis orthogonal to the substrate.
L'orifice peut présenter une fonction de filtrage spatial, grâce à une forme adaptée (cette forme pouvant être circulaire, carrée, ou toute autre forme arbitraire).  The orifice may have a spatial filtering function, thanks to a suitable shape (this shape may be circular, square, or any other arbitrary shape).
De la même façon, la position de cet orifice, respectivement de l'un de ces orifices, peut être alignée avec la position d'une source lumineuse sous une capsule, selon un axe vertical orthogonal au substrat. L'orifice peut ainsi présenter une fonction de collimation.  In the same way, the position of this orifice, respectively of one of these orifices, can be aligned with the position of a light source under a capsule, along a vertical axis orthogonal to the substrate. The orifice can thus have a collimation function.
La paroi supérieure de chaque capsule peut présenter deux orifices exactement, l'un étant aligné avec une photodiode sous la capsule et l'autre avec une source lumineuse sous la capsule.  The upper wall of each capsule may have two orifices exactly, one being aligned with a photodiode under the capsule and the other with a light source under the capsule.
En variante, la paroi supérieure d'une capsule peut présenter plus de deux orifices, pour augmenter le flux lumineux transitant entre l'intérieur et l'extérieur de la capsule.  Alternatively, the upper wall of a capsule may have more than two orifices, to increase the luminous flux passing between the inside and the outside of the capsule.
En variante, une capsule recevant à la fois une photodiode et une source lumineuse peut présenter cependant un unique orifice. Chaque orifice peut présenter une section circulaire. Cependant, d'autres formes peuvent être mises en œuvre, par exemple une forme de fente, de forme carrée, ou toute autre forme arbitraire. Alternatively, a capsule receiving both a photodiode and a light source may however have a single orifice. Each orifice may have a circular section. However, other forms can be implemented, for example a slot shape, square shape, or any other arbitrary form.
Lorsque les sources lumineuses sont des LED situées chacune sous une capsule, elles peuvent former en outre des moyens de chauffage d'une capsule, pour la mise en œuvre d'un mode de détection actif tel que décrit ci-avant.  When the light sources are LEDs each located under a capsule, they can furthermore form means for heating a capsule, for the implementation of an active detection mode as described above.
On comprend aisément que les caractéristiques relatives à l'introduction de sources lumineuses et de photodiodes peuvent être combinées à chacun des modes de réalisation d'un capteur thermique tel que décrit ci-avant.  It is easily understood that the characteristics relating to the introduction of light sources and photodiodes can be combined with each of the embodiments of a thermal sensor as described above.
Les figures 8A et 8B illustrent un exemple de ce mode de réalisation de l'invention. Figures 8A and 8B illustrate an example of this embodiment of the invention.
Les figures 8A et 8B illustrent plus particulièrement un pixel d'un capteur selon ce mode de réalisation de l'invention, chaque pixel comprenant une capsule 810 recouvrant une source lumineuse 8010 et une photodiode 8020. FIGS. 8A and 8B more particularly illustrate a pixel of a sensor according to this embodiment of the invention, each pixel comprising a capsule 810 covering a light source 8010 and a photodiode 8020.
La figure 8A est une vue de dessus de ce pixel. La figure 8A illustre plus particulièrement la paroi supérieure de la capsule 810, percée par deux orifices 811, ou évents.  Figure 8A is a top view of this pixel. Figure 8A illustrates more particularly the upper wall of the capsule 810, pierced by two orifices 811, or vents.
La figure 8B illustre ce pixel de façon schématique, et selon une vue en coupe.  Figure 8B illustrates this pixel schematically, and in sectional view.
Comme illustré par les figures 8A et 8B, le centre de l'un des orifices 811 est aligné avec le centre de la source lumineuse 8010, et le centre de l'autre des orifices 811 est aligné avec le centre de la photodiode 8020, selon des axes verticaux respectifs parallèles à (Oz).  As illustrated by FIGS. 8A and 8B, the center of one of the orifices 811 is aligned with the center of the light source 8010, and the center of the other of the orifices 811 is aligned with the center of the photodiode 8020, according to respective vertical axes parallel to (Oz).
Une paroi 8030 s'étend à l'intérieur de la capsule 810, et délimite deux cavités distinctes dont l'une reçoit la photodiode 8020 et l'autre reçoit une source lumineuse 8010.  A wall 8030 extends inside the capsule 810, and delimits two distinct cavities, one of which receives the photodiode 8020 and the other receives a light source 8010.
La paroi 8030 permet d'éviter que des rayons lumineux émis par la source lumineuse 8010 soient reçus directement par la photodiode 8020.  The wall 8030 makes it possible to prevent light rays emitted by the light source 8010 from being received directly by the photodiode 8020.
La paroi 8030 est constituée ici du même matériau que la capsule 810.  The wall 8030 is constituted here of the same material as the capsule 810.
A la fabrication, elle est formée en même temps que les capsules.  In manufacturing, it is formed at the same time as the capsules.
Chaque orifice 811 permet l'évacuation du matériau de la couche sacrificielle d'un côté ou de l'autre de la paroi 8030.  Each orifice 811 allows the evacuation of the material of the sacrificial layer on one side or the other of the wall 8030.
La source lumineuse 8010 est ici une LED à base de GaN. En fonctionnement, la source lumineuse 8010 émet un rayonnement lumineux vers la surface de contact 831 du capteur selon l'invention. Les rayons lumineux se propagent jusqu'à une empreinte appuyée contre cette surface de contact. Ils sont rétrodiffusés sur cette empreinte et reviennent vers la photodiode 8020. La photodiode permet ainsi l'acquisition d'une image de l'empreinte. The light source 8010 is here a GaN-based LED. In operation, the light source 8010 emits light radiation towards the contact surface 831 of the sensor according to the invention. The light rays propagate to a footprint pressed against this contact surface. They are backscattered on this footprint and return to the photodiode 8020. The photodiode thus allows the acquisition of an image of the imprint.
Le capteur illustré sur les figures 8A et 8B correspond sinon au mode de réalisation des figures 4A et 4B.  The sensor illustrated in FIGS. 8A and 8B corresponds otherwise to the embodiment of FIGS. 4A and 4B.
Si les sources lumineuses sont des LED, en particulier des LED à base de GaN, celles- ci sont formées sur le substrat, avant la réalisation des photodiodes lorsque les photodiodes sont des diodes PiN, après si les photodiodes sont formées directement dans le substrat (de préférence un substrat CMOS).  If the light sources are LEDs, in particular GaN-based LEDs, these are formed on the substrate, before the photodiodes are made when the photodiodes are PiN diodes, if the photodiodes are formed directly in the substrate ( preferably a CMOS substrate).
Si le substrat destiné à recevoir les capsules est en saphir, on peut réaliser des LED (de préférence des LED à base de GaN) directement sur ce substrat.  If the substrate intended to receive the capsules is made of sapphire, LEDs (preferably GaN based LEDs) can be produced directly on this substrate.
Si le substrat destiné à recevoir les capsules est un substrat CMOS, les LED (de préférence des LED à base de GaN) peuvent être formées d'abord sur un substrat d'origine, puis hybridées sur le substrat CMOS.  If the substrate for receiving the capsules is a CMOS substrate, the LEDs (preferably GaN-based LEDs) can be formed first on an original substrate and then hybridized to the CMOS substrate.
Par exemple, on peut réaliser des LED (de préférence des LED à base de GaN) sur un substrat CMOS, puis réaliser des diodes PiN sur le même substrat, et enfin former des capsules (voir figure 9 et description ci-après). De préférence, chaque capsule recouvre alors un ensemble d'une LED et une photodiode.  For example, LEDs (preferably GaN-based LEDs) can be made on a CMOS substrate, then PiN diodes can be made on the same substrate, and finally capsules can be formed (see Figure 9 and description below). Preferably, each capsule then covers a set of an LED and a photodiode.
En variante, on réalise des diodes PiN sur un substrat CMOS (aux emplacements gravés d'un isolant électrique), puis on forme des capsules sur ce substrat (après dépôt d'une couche d'arrêt de la gravure sur la structure comprenant les diodes PiN), et enfin on réalise des OLED entre les capsules (après reprise de contact jusqu'au substrat CMOS). Ici, seules les photodiodes sont situées chacune sous une capsule. Pour des raisons technologiques, les OLED sont réalisées après les capsules.  As a variant, PiN diodes are produced on a CMOS substrate (at the locations etched with an electrical insulator), and then capsules are formed on this substrate (after deposition of a stop layer of etching on the structure comprising the diodes PiN), and finally OLEDs are made between the capsules (after resumption of contact to the CMOS substrate). Here, only the photodiodes are each located under a capsule. For technological reasons, OLEDs are performed after the capsules.
En variante, on réalise des LED (de préférence des LED à base de GaN) sur un substrat en saphir, puis on réalise des diodes PiN au-dessus d'un isolant électrique recouvrant les LED, et enfin on dépose une couche d'arrêt de la gravure et on forme les capsules. Ce mode de réalisation implique la réalisation de transistors de pilotage de type TFT. De préférence, chaque capsule recouvre alors un ensemble d'une LED et une photodiode. As a variant, LEDs (preferably GaN based LEDs) are produced on a sapphire substrate, then PiN diodes are made on top of an electrical insulator covering the LEDs, and finally a barrier layer is deposited. engraving and form the capsules. This mode embodiment involves the production of TFT type driving transistors. Preferably, each capsule then covers a set of an LED and a photodiode.
En variante, on réalise des diodes PiN sur un substrat verre (après réalisation de transistors de pilotage TFT), puis on forme les capsules, et enfin on réalise des OLED entre les capsules. Les diodes PiN peuvent également s'étendre à l'extérieur capsules.  As a variant, PiN diodes are produced on a glass substrate (after making TFT control transistors), then the capsules are formed, and finally OLEDs are produced between the capsules. PiN diodes can also extend outside capsules.
En variante, on réalise les diodes PiN sur un substrat verre (après réalisation de transistors de pilotage TFT), puis on forme les capsules, et enfin on reporte des LED (de préférence des LED à base de GaN) entre les capsules. Les diodes PiN peuvent également s'étendre à l'extérieur capsules.  As a variant, the PiN diodes are produced on a glass substrate (after making TFT control transistors), then the capsules are formed, and LEDs (preferably GaN based LEDs) are transferred between the capsules. PiN diodes can also extend outside capsules.
La figure 9 illustre de manière détaillée un pixel du type de celui des figures 8A et 8B, réalisé par report de LED à base de GaN sur un substrat CMOS.  FIG. 9 illustrates in detail a pixel of the type of that of FIGS. 8A and 8B, made by GaN-based LED transfer on a CMOS substrate.
Le substrat CMOS 920 présente une série de pistes conductrices 921.  The CMOS substrate 920 has a series of conductive tracks 921.
Afin de ne pas surcharger la figure 9, on n'a pas représenté la source de courant ni la paroi entre une source lumineuse et une photodiode.  In order not to overload FIG. 9, the source of current and the wall between a light source and a photodiode have not been represented.
Dans une première étape de fabrication, on réalise les LED à base de GaN sur le substrat CMOS 920.  In a first manufacturing step, the GaN-based LEDs are produced on the CMOS substrate 920.
Pour cela, on forme des empilements actifs de LED 9010, qui s'étendent chacun au- dessus d'une piste conductrice 921 respective du substrat CMOS. Ici, un plot métallique respectif 9011 s'étend entre chaque empilement actif de LED et la piste conductrice 921 correspondante, en contact physique direct avec ces derniers. Ensuite, on dépose une première couche 9041 d'isolant électrique entre les empilements actifs de LED, on réalise sur chaque empilement actif de LED un dépôt métallique 9012 formant cathode (ou anode), et on recouvre le tout d'une deuxième couche 9042 d'isolant électrique. Les dépôts métalliques 9012 sont connectés aux circuits CMOS grâce à des vias, non représentés.  For this, active stacks of LED 9010 are formed, each of which extends above a respective conductive track 921 of the CMOS substrate. Here, a respective metal pad 9011 extends between each active LED stack and the corresponding conductive track 921, in direct physical contact therewith. Then, a first layer 9041 of electrical insulation is deposited between the active stacks of LEDs, a metal deposit 9012 forming a cathode (or anode) is produced on each active stack of LEDs, and the whole is covered with a second layer 9042 of FIG. electrical insulation. The metal deposits 9012 are connected to the CMOS circuits through vias, not shown.
Ensuite, on forme une matrice de photodiodes, entrelacée avec la matrice de LED, au-dessus du même substrat CMOS. Pour cela, les deux couches 9041, 9042 d'isolant électrique sont gravées localement. On réalise ensuite le dépôt et la gravure d'une structure PiN 9020 en silicium amorphe, aux emplacements gravés. On réalise sur chaque structure PiN un dépôt métallique 9022 formant anode ou cathode, et on recouvre le tout d'une troisième couche 9043 d'isolant électrique. Les dépôts métalliques sont connectés aux circuits CMOS grâce à des vias, non représentés. Chaque structure PiN forme une photodiode. Next, a matrix of photodiodes, interleaved with the LED array, is formed on top of the same CMOS substrate. For this, the two layers 9041, 9042 of electrical insulation are etched locally. The deposition and etching of a PiN 9020 amorphous silicon structure is then performed at the etched locations. Each PiN structure is made of a metal deposit 9022 forming anode or cathode, and the whole is covered with a third layer 9043 of electrical insulation. The metal deposits are connected to CMOS circuits thanks to vias, not shown. Each PiN structure forms a photodiode.
La troisième couche 9043 d'isolant électrique est recouverte d'une couche d'arrêt de la gravure, non représentée, pour protéger la structure ainsi réalisée lors de la réalisation des capsules, et en particulier lors de l'évacuation du matériau de la couche sacrificielle mise en œuvre pour construire les capsules.  The third layer 9043 of electrical insulation is covered with a stop layer of etching, not shown, to protect the structure thus produced during the production of the capsules, and in particular during the evacuation of the material of the layer sacrificial implementation to build the capsules.
Les isolants électriques 9041, 9042, 9043 peuvent remplir en outre une fonction d'isolation thermique.  Electrical insulators 9041, 9042, 9043 can also fulfill a thermal insulation function.
Les capsules 910 sont ensuite réalisées comme décrit ci-avant.  The capsules 910 are then made as described above.
On nomme « détection du vivant » le fait de déterminer si une empreinte papillaire est constituée ou non de tissu vivant humain.  The term "detection of the living" is used to determine whether or not a papillary impression consists of living human tissue.
Les inventeurs ont remarqué que la détection du vivant présente de meilleurs résultats avec des mesures optiques qu'avec des mesures thermiques.  The inventors have noticed that the detection of living presents better results with optical measurements than with thermal measurements.
L'imbrication d'un capteur optique avec le capteur thermique permet donc de repérer une imitation d'empreinte avec une plus grande fiabilité, et d'améliorer le degré de sécurité d'un test d'empreinte.  The nesting of an optical sensor with the thermal sensor thus makes it possible to identify imitation of impression with greater reliability, and to improve the degree of security of a fingerprint test.
De préférence, on réalise une détection du vivant par des mesures de la réponse d'une empreinte à un éclairement prédéterminé (mesures de DRS, pour « Diffuse Réflectance Spectroscopy »).  Preferably, detection of the living is carried out by measurements of the response of a fingerprint to a predetermined illumination (DRS measurements, for "Diffuse Reflectance Spectroscopy").
On travaille de préférence sur une partie seulement des pixels d'une image acquise par les photodiodes, correspondant aux vallées, respectivement aux crêtes de l'empreinte.  We work preferably on only part of the pixels of an image acquired by the photodiodes, corresponding to the valleys, respectively to the peaks of the footprint.
Classiquement, les mesures de DRS sont faites en utilisant un point lumineux central, et en regardant la réponse de l'empreinte à diverses distances. En d'autres termes, on mesure une courbe d'atténuation de l'intensité lumineuse retournée par l'empreinte, de préférence pour différentes longueurs d'onde.  Classically, DRS measurements are made using a central light point, and looking at the footprint response at various distances. In other words, an attenuation curve of the light intensity returned by the imprint is measured, preferably for different wavelengths.
La détection du vivant peut impliquer l'estimation d'un coefficient d'absorption et un coefficient de diffusion réduit.  Living detection may involve the estimation of an absorption coefficient and a reduced diffusion coefficient.
La demande de brevet FR 1563180, déposée le 23 décembre 2015, décrit un tel procédé de reconnaissance du vivant, dans lequel on utilise non pas un point lumineux, mais des figures d'éclairement constituées de bandes sombres et de bandes lumineuses. On détermine les coefficients d'absorption et de diffusion réduit en minimisant un écart entre un modèle prédictif de la réponse d'une empreinte à une fonction d'éclairement connue (sinus, échelon, créneau, lignes, etc.), et la réponse de l'empreinte effectivement mesurée en réponse à cet éclairement. The patent application FR 1563180, filed on December 23, 2015, describes such a method of recognizing the living, in which a luminous point is not used, but illuminating figures consisting of dark bands and light bands. The absorption and reduced diffusion coefficients are determined by minimizing a difference between a predictive model of the response of a fingerprint to a known illumination function (sine, step, slot, lines, etc.), and the response of the footprint actually measured in response to this illumination.
Le modèle prédictif peut être constitué de la convolution de la fonction d'éclairement, avec la réponse impulsionnelle d'un milieu dont les valeurs desdits coefficients sont connues. On recherche alors les valeurs desdits coefficients associées au modèle prédictif qui minimise l'écart entre le modèle prédictif et la réponse mesurée.  The predictive model can consist of the convolution of the illumination function, with the impulse response of a medium whose values of said coefficients are known. The values of said coefficients associated with the predictive model are then sought which minimizes the difference between the predictive model and the measured response.
La fonction d'éclairement est de préférence une fonction d'une seule dimension de l'espace, les sources lumineuses étant allumées pour former des lignes lumineuses.  The illumination function is preferably a function of a single dimension of space, the light sources being switched on to form light lines.
Une ligne lumineuse peut être constituée d'une série de LED à base de GaN, disposées chacune sous une capsule, avantageusement au regard d'un orifice en forme de fente. En variante, une ligne lumineuse peut être constituée d'une ou plusieurs OLED de forme allongée.  A light line may consist of a series of LEDs based on GaN, each disposed under a capsule, advantageously with respect to a slot-shaped orifice. Alternatively, a light line may consist of one or more elongated OLEDs.
La fonction d'éclairement est avantageusement une fonction sinus. La réponse de l'empreinte à cette fonction peut être obtenue à l'aide de trois images acquises en réponse à trois figures d'éclairement respectives, constituées chacune de bandes lumineuses et de bandes sombres réparties selon une même période et selon trois phases différentes (0°, 120°, 240°).  The illumination function is advantageously a sinus function. The response of the imprint to this function can be obtained using three images acquired in response to three respective illumination figures, each consisting of light bands and dark bands distributed over the same period and in three different phases ( 0 °, 120 °, 240 °).
Dans chacun des modes de réalisation décrits ci-avant, les deux premiers pieds, assurant la connexion électrique entre la paroi supérieure de la capsule et les moyens de lecture d'une résistance électrique, peuvent être formés métalliques, plutôt que constitués du même matériau que les capsules. Il en est de même pour les éventuels deux seconds pieds.  In each of the embodiments described above, the first two feet, providing the electrical connection between the top wall of the capsule and the means for reading an electrical resistance, may be formed of metal, rather than made of the same material as capsules. It is the same for the possible two second feet.
Bien que l'on ait décrit dans chacun des exemples un capteur d'empreinte papillaire, l'objet à imager n'est pas limité à une empreinte papillaire, comme indiqué en introduction. L'objet à imager peut notamment être constitué d'un objet ne présentant pas partout la même température, ou dont on souhaite simplement identifier les contours sur la surface de contact.  Although a papillary impression sensor has been described in each of the examples, the object to be imaged is not limited to a papillary impression, as indicated in the introduction. The object to be imaged may especially consist of an object that does not have the same temperature everywhere, or whose contours are simply to be identified on the contact surface.

Claims

REVENDICATIONS
1. Capteur (100 ; 200 ; 300 ; 400 ; 500 ; 600) de motifs thermiques d'un objet, en particulier une empreinte papillaire, comprenant une surface de contact (131 ; 831) pour y appliquer l'objet, et configuré pour permettre des échanges thermiques entre cet objet, et des éléments sensibles situés au-dessus d'un substrat (120 ; 220 ; 420 ; 620 ; 820 ; 920), sous ladite surface de contact (131 ; 831), caractérisé en ce qu'il comprend une série de structures tridimensionnelles (110 ; 210 ; 310 ; 410 ; 510 ; 610 ; 710 ; 810 ; 910), dites capsules, formées en un matériau thermo-résistif constitué de silicium amorphe ou d'un alliage comprenant du silicium amorphe, et formant lesdits éléments sensibles, chaque capsule délimitant les frontières latérale et supérieure d'une cavité remplie d'un gaz ou scellée sous vide, et étant connectée à des moyens de lecture (160, 760) de sa résistance électrique, par deux premiers plots de connexion (150 ; 750) situés dans ou sur le substrat. A sensor (100; 200; 300; 400; 500; 600) of thermal patterns of an object, in particular a papillary impression, comprising a contact surface (131; 831) for applying the object thereto, and configured to allowing heat exchange between this object and sensitive elements located above a substrate (120; 220; 420; 620; 820; 920) under said contact surface (131; 831), characterized in that it comprises a series of three-dimensional structures (110; 210; 310; 410; 510; 610; 710; 810; 910), said capsules, formed of a thermoresistive material made of amorphous silicon or an alloy comprising amorphous silicon , and forming said sensitive elements, each capsule defining the lateral and upper boundaries of a cavity filled with a gas or sealed under vacuum, and being connected to means for reading (160, 760) its electrical resistance, by first two connection pads (150; 750) located in or on the ubstrat.
2. Capteur (400 ; 500 ; 600) selon la revendication 1, ca ractérisé en ce qu'il présente des moyens (701 ; 690, 691 ; 480, 481 ; 480', 481 ; 580 ; 8010 ; 9010) de chauffage d'une capsule. The sensor (400; 500; 600) according to claim 1, characterized in that it has means (701; 690; 691; 480; 481; 480 '; 481; 580; 8010; a capsule.
3. Capteur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'a u moins une capsule (710) est connectée à une source de courant (701) ou de tension formant des moyens de chauffage d'une capsule, pour l'injection d'un courant ou d'une tension de pola risation adapté(e) à chauffer directement ladite capsule. 3. Sensor according to claim 2, characterized in that at least one capsule (710) is connected to a current source (701) or voltage forming means for heating a capsule, for the injection of a polishing current or voltage adapted to directly heat said capsule.
4. Capteur (600) selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens de chauffage d'une capsule comprennent des composants thermo-résistifs (690) disposés entre deux capsules (610) voisines, et connectés à une source de courant (691) ou de tension, pour l'injection d'un courant ou d'une tension de polarisation adapté(e) à chauffer lesdits composants thermo-résistifs. 4. Sensor (600) according to claim 2 or 3, characterized in that the heating means of a capsule comprise thermo-resistive components (690) disposed between two capsules (610) adjacent, and connected to a current source (691) or voltage, for the injection of a bias current or voltage suitable for heating said thermoresistive components.
5. Capteur (600) selon la revendication 4, caractérisé en ce que les capsules (610) sont réparties en lignes pour former une matrice de capsules, et en ce que les composants thermo-résistifs (690) s'étendent selon des lignes parallèles aux lignes de capsules. 5. Sensor (600) according to claim 4, characterized in that the capsules (610) are distributed in rows to form a matrix of capsules, and in that the thermoresistive components (690) extend along parallel lines. to the lines of capsules.
6. Capteur (400 ; 500) selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que les moyens de chauffage d'une capsule comprennent au moins un filament métallique, disposé au-dessus d'une capsule (410 ; 510), et connecté à une source de courant (481) ou de tension, pour l'injection d'un courant ou d'une tension de polarisation adapté(e) à chauffer le filament. 6. Sensor (400; 500) according to any one of claims 2 to 5, characterized in that the heating means of a capsule comprise at least one metal filament disposed above a capsule (410; ), and connected to a current source (481) or voltage, for the injection of a bias current or voltage suitable for heating the filament.
7. Capteur (400) selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'une couche d'isolation électrique (485) s'étend directement entre la capsule et le filament métallique (480 ; 480'), excepté au-dessus de deux seconds plots de connexion (482) situés dans ou sur le substrat, et connectés à la source de courant ou de tension (481). 7. The sensor (400) according to claim 6, characterized in that an electrical insulation layer (485) extends directly between the capsule and the metal filament (480; 480 '), except above two seconds. connection pads (482) located in or on the substrate, and connected to the current or voltage source (481).
8. Capteur (500) selon la revendication 6, caractérisé en ce que le filament métallique (580) s'étend en ligne droite, en contact physique direct avec la capsule (510), la ligne droite étant orthogonale à un plan vertical (587) reliant les deux premiers plots de connexion (513). Sensor (500) according to claim 6, characterized in that the metal filament (580) extends in a straight line, in direct physical contact with the capsule (510), the straight line being orthogonal to a vertical plane (587). ) connecting the first two connection pads (513).
9. Capteur selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de pilotage (704), agencés pour actionner les moyens de chauffage (701) d'une capsule pendant un intervalle de temps prédéterminé, et en ce que les moyens de lecture (760) sont connectés à des moyens de comparaison (705), pour déterminer une variation de la résistance électrique de la capsule (710) entre deux instants prédéterminés. 9. Sensor according to any one of claims 2 to 8, characterized in that it comprises control means (704), arranged to actuate the heating means (701) of a capsule for a predetermined period of time, and in that the reading means (760) are connected to comparison means (705) for determining a change in the electrical resistance of the capsule (710) between two predetermined times.
10. Capteur (200 ; 300 ; 400 ; 500 ; 600) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les capsules (210 ; 310 ; 410 ; 510 ; 610 ; 710 ; 810 ; 910) s'étendent au-dessus d'une couche d'isolation thermique (270 ; 470 ; 670 ; 9041, 9042, 9043) recouvrant le substrat, chaque capsule présentant deux premiers pieds (213 ; 613) qui traversent la couche d'isolation thermique, pour venir en contact avec les deux premiers plots de connexion (750). The sensor (200; 300; 400; 500; 600) according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the capsules (210; 310; 410; 510; 610; 710; 810; 910) are extend over a thermal insulation layer (270; 470; 670; 9041; 9042; 9043) covering the substrate, each capsule having two first legs (213; 613) which pass through the thermal insulation layer, to come into contact with the first two connection pads (750).
11. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une pluralité de photodiodes (8020 ; 9020) et de sources lumineuses11. Sensor according to any one of claims 1 to 10, characterized in that it further comprises a plurality of photodiodes (8020; 9020) and light sources.
(8010 ; 9010) réparties sous et/ou entre les capsules (810 ; 910). (8010; 9010) distributed under and / or between the capsules (810; 910).
12. Capteur selon la revendication 11, caractérisé en ce que chaque capsule (810 ; 910) présente une forme de capot, dont une paroi supérieure est traversée par au moins un orifice (811), et en ce que chaque photodiode (8020 ; 9020) et/ou chaque source lumineuse (8010 ; 9010) s'étend sous la paroi supérieure d'une capsule. 12. A sensor according to claim 11, characterized in that each capsule (810; 910) has a bonnet-like shape, of which an upper wall is traversed by at least one orifice (811), and in that each photodiode (8020; 9020 and / or each light source (8010; 9010) extends under the top wall of a capsule.
13. Capteur selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce qu'il présente plusieurs types de sources lumineuses (8010 ; 9010), qui diffèrent par une longueur d'onde centrale d'émission. 13. Sensor according to claim 11 or 12, characterized in that it has several types of light sources (8010; 9010), which differ by a central transmission wavelength.
14. Procédé d'utilisation d'un capteur (400 ; 500 ; 600) selon l'une quelconque des revendications 2 à 13 , caractérisé en ce que les capsules (410 ; 510 ; 610 ; 710 ; 810 ; 910) forment ensemble une matrice de capsules dans laquelle les capsules sont réparties selon des lignes parallèles qui s'étendent chacune sur toute la largeur de la matrice de capsules, en ce que la lecture de la résistance électrique des capsules est réalisée ligne de capsules par ligne de capsules, et en ce que le chauffage des capsules est également réalisé ligne de capsules par ligne de capsules et de façon synchrone avec la lecture des résistances électriques. A method of using a sensor (400; 500; 600) according to any one of claims 2 to 13, characterized in that the capsules (410; 510; 610; 710; 810; 910) together form a capsule matrix in which the capsules are distributed in parallel lines which each extend over the entire width of the capsule matrix, in that the reading of the electrical resistance of the capsules is carried out line of capsules per line of capsules, and in that the heating of the capsules is also carried out line of capsules per line of capsules and synchronously with the reading of the electrical resistances.
15. Utilisation d'un capteur selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, pour déterminer si une empreinte papillaire est constituée ou non de tissu vivant humain. 15. Use of a sensor according to any one of claims 11 to 13 for determining whether or not a papillary impression consists of human living tissue.
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