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1 SysMIC - Conception et Test de Systèmes MICroélectroniques LIRMM - Laboratoire d-Informatique de Robotique et de Microélectronique de Montpellier

Abstract : In a strongly competitive industrial context, system manufacturers are looking for new technologies for production cost reduction. In particular, recent trends in microelectronic techniques offer the possibility to economically integrate both electronic and mechanical parts on a single chip. The -Front Side Bulk Micromachining- FSBM etching technique is now available for fabrication of microstructures on CMOS processed dies. At this time, only few applications using the deformation of FSBM structures are identified.The work presented in this thesis aims at developing methods for the FSBM technology characterization and more generally for the design of MEMS.An experimental study of a so called -cantilever U-Shape- test structure is presented. This characterization permits to extract the mechanical parameters of technology, which are unknown in the microelectronic application field.To give simulation tools to MEMS designers, FSBM cantilever modeling is proposed. This approach uses theoretical results established for composite beams. An Analog VHDL description of the cantilever shows it-s possible to integrate mechanical parts within the standard microelectronic design flow.Using both experimental results and models, the -U-Shape- cantilever structure actuated by Lorentz force is evaluated for magnetic field measurement applications.Others magnetic field sensors using beams are finally proposed for further research

Résumé : Dans un contexte économique fortement concurrentiel, les sociétés productrices de systèmes surveillent les évolutions technologiques susceptibles de diminuer leurs coûts. En particulier, les récents progrès des techniques en microélectronique, permettent aujourd-hui la fabrication à faible coût de systèmes évolués qui associent sur une seule et même puce, des composants électromécaniques sensoriels et des composants électroniques de traitement. La technique de gravure du substrat par la face avant FSBM a été récemment ouverte aux concepteurs pour la fabrication de microstructures en compatibilité avec le procédé microélectronique CMOS. A ce jour, peu d-applications utilisant la déformation de structures réalisées à l-aide cette technologie ont été identifiées.L-objectif des travaux présentés dans cette thèse est le développement de méthodologies qui conduisent à la caractérisation de la technologie FSBM et à la conception de microsystèmes électromécaniques.L-étude expérimentale d-une structure de test appelée -cantilever U-Shape- est présentée. Cette étude permet l-extraction des paramètres mécaniques qui ne sont pas caractérisés dans la cadre d-une utilisation traditionnelle de la technologie en microélectronique.Afin de proposer aux concepteurs de MEMS des outils de simulation, le cantilever FSBM fait l-objet d-une modélisation qui s-appuie sur une étude théorique de poutres composites. Le codage de ces modèles dans le langage VHDL Analogique montre alors comment il est possible d-intégrer les composants mécaniques dans le flot de conception microélectronique.L-utilisation conjointe des résultats de caractérisation et des modèles théoriques conduit finalement à l-évaluation de la structure -U-Shape- excitée par la force de Laplace en tant que capteur de champ magnétique. En perspective à ces travaux, des solutions alternatives pour la mesure du champ magnétique à l-aide de microstructures sont proposées.

Mots-clés : Caractérisation MEMS Microsystèmes Monolithiques CMOS Capteurs magnétiques Modélisation Caractérisation.





Autor: Laurent Latorre -

Fuente: https://hal.archives-ouvertes.fr/



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