Vers une échographie haute résolution sur surfaces de grandes dimensions
Des chercheurs de l'imec ont mis au point une matrice de transducteurs ultrasoniques piézoélectriques micro-usinés de deuxième génération. Actionnée par une couche piézoélectrique en AlScN, cette matrice ouvre la voie à des applications d'échographie sur des surfaces incurvées et de grande taille.
Utilisées dans des applications d'identification biométrique ou encore de reconnaissance de gestes en réalité virtuelle, les ondes ultrasonores sont bien connues dans le secteur médical pour permettre de visualiser de manière non invasive un fœtus dans l'utérus. La construction d'images en temps réel est rendue possible par la conversion, en signaux électriques, de l'écho des ultrasons émis dans le corps humain.
La génération des ultrasons et la détection de leurs échos sont effectuées à l'aide de transducteurs, qui sont généralement produits à base de semi-conducteurs en silicium. Pour les applications d'imagerie médicale à haute résolution nécessitant la couverture d'une large surface, il est nécessaire de faire appel à des capteurs de grande taille. Cela pose un gros problème à cause du coût élevé au mm2 des capteurs à base de silicium.
Après une première génération limitée en performance
Centre de recherche belge de premier plan en nanoélectronique et en technologies numériques, l'imec avait présenté, en 2021, des matrices de transducteurs ultrasoniques piézoélectriques micro-usinés (PMUT) sur verre, compatibles avec le processus de fabrication des écrans plats, plus précisément des panneaux TFT (thin-film transistor). Cela a permis d'envisager la possibilité d'augmenter la taille des capteurs à ultrasons de manière économique.
Toutefois, les performances du matériau piézoélectrique polymère (PVDF) utilisé dans cette première génération n'étaient pas encore suffisantes pour une imagerie médicale de haute qualité. C'est pourquoi l'imec a travaillé sur une deuxième génération de matrices de PMUT avec un autre matériau piézoélectrique : l'AlScN (nitrure d'aluminium et de scandium).
« Si la mise en œuvre d'un substrat en verre au lieu d'un substrat en silicium cristallin a permis de lever les restrictions de surface, ce réseau de PMUT de deuxième génération se distingue par une pression acoustique dix fois supérieure à celle de la génération précédente », explique Epimitheas Georgitzikis, chef de projet R&D de l'imec pour le projet "Listen2Future".
Cette nouvelle génération a permis de faire la démonstration d'une acquisition d'images jusqu'à une distance de 10 cm, avec des pressions supérieures à 7 kPa dans l'eau, ce qui en fait un outil adapté à l'imagerie ultrasonore de haute performance.
Un patch à ultrasons flexible
« Les prochaines étapes consisteront à affiner la technologie et à adapter le dispositif à des fréquences spécifiques », déclare Erwin Hijzen, directeur du programme MEMS Ultrasound de l'imec. « Il sera alors possible de réaliser de grandes matrices de PMUT, par exemple sur des surfaces incurvées, comme le corps humain ou les tableaux de bord des voitures. Il en résultera des opportunités intéressantes pour des applications innovantes des ultrasons » .
En collaboration avec la start-up Pulsify Medical, l'imec a déjà créé un patch médical rigide de démonstration pour le monitoring cardiaque, ouvrant la voie à une surveillance non invasive et à domicile, sans intervention d'un médecin. Le développement d'un patch à ultrasons flexible est d'ailleurs en cours dans le cadre du projet Listen2Future. Financé par l'UE, ce projet porte sur les transducteurs acoustiques piézoélectriques et en évalue l'efficacité avec 27 partenaires dans sept pays, sous la coordination d'Infineon Technology Austria AG.
