Intégration du copolymères P(VDF-TrFE) à une nouvelle technologie de capteurs pyroélectriques (application à la détection d'empreintes digitales)

Abstract

Depuis les années 2000, ATMEL fabrique des capteurs pyroélectriques pour la détection d'empreintes digitales. Le but de cette thèse est de faire évoluer la technologie actuelle vers une autre plus simple, moins coûteuse et plus robuste, et d'acquérir une maîtrise du matériau pyroélectrique et de ces performances. Notre travail a consisté, dans un premier temps, à comprendre en détail le comportement du P(VDF-TrFE) pyroélectrique, utilisé dans le capteur, à travers l'influence des traitements thermiques sur la morphologie des structures cristallines et sur le coefficient pyroélectrique. Les traitements thermique au-delà de la température de fusion se sont avérés les plus adaptés à l'obtention d'une phase cristalline ferroélectrique bêta stable et suffisamment cristallisée. Parallèlement, notre étude a démontré la possibilité d'améliorer légèrement l'activité pyroélectrique (d'environ 4 ou 5 C/m /K) uniquement en modifiant certains paramètres lors de l'application du champ électrique. Une étude sur la relation entre les paramètres de fabrication du copolymère, ces caractéristiques de mise en œuvre et ces performances pyroélectriques a permit de définir le matériau cible à approvisionner. Puis, nous nous sommes attachés à l'amélioration de l'adhérence du copolymère au sein de l'empilement technologique du capteur d'empreintes. Cette étape étant indispensable pour aboutir à l'élaboration d'une nouvelle structure. Deux solutions ont été retenues : l'une basée sur l'introduction d'un promoteur d'adhérence sous le copolymère et l'autre en substituant le copolymère lui-même par un mélange P(VDF-TrFE) /PMMA2%. Ce qui a permit de créer une nouvelle structure dont le nombre d'étape du procédé a été réduit de 5 à 3 briques technologiquesSince the 2000s, ATMEL manufactures pyroelectric sensor for the detection of fingerprints. The aim of this PhD is to change the current technology to another easier, less expensive and more robust, and to acquire a pyroelectric material and performance. Our work consisted, as a first step, to understand in detail the behavior of P (VDF-TrFE) pyroelectric used in the sensor, through the influence of heat treatment on the morphology of crystalline structures and the pyroelectric coefficient. Beyond the melting temperature, the thermal treatments was shown to be the most suitable to develop a bêta ferroelectric stable phase and sufficiently crystallized. Meanwhile, our study has demonstrated the ability to improve slightly the pyroelectric activity (about 4 or 5 C / m / K) only by modifying certain parameters when applying electric field. A study on the relationship between the production parameters of the copolymer and the pyroelectric performances helped us to define the target material. Then, we have improved the adhesion of the copolymer on the different substrates in the fingerprint sensor. This step is crucial for achieving the development of a new structure. Two solutions have been identified: one based on the introduction of an adhesion promoter under the copolymer and the other copolymer by substituting itself as a blend P(VDF-TrFE) / PMMA2%. As a consequence, we created a new structure in which the number of step of the process was reduced from five to three technological stepsMONTPELLIER-BU Sciences (341722106) / SudocSudocFranceF