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1 LIRMM - Laboratoire d-Informatique de Robotique et de Microélectronique de Montpellier

Abstract : The market of accelerometers is one of the MEMS field in development. We find accelerometers principally in automobile applications. The target of the presented work is the design and modelling of accelerometer build with a low-cost technology: the CMOS front-Side Bulk Micromachining FSBM.We have chosen two kinds of transduction that are compatible with the CMOS technology: the piezoresistive transduction and the thermal convection based transduction. A simple device has been proposed for the piezoresistive accelerometer, it allows vertical acceleration sensing. A model for those piezoresistive devices has been proposed and validated by FEM simulations and by experimental results from a fabricated prototype.The thermal convection based transduction is used to sense lateral acceleration. The aim of the modelling is to obtain some simple rules that will help on designing that kind of sensors. The model is based on FEM simulations and on experimental results.The preliminary study of a three-axis accelerometer is finally presented. Firstly a totally piezoresisistive based device has been evaluated. Then a second solution that combines the two types of transductions thermal and piezoresistive has been proposed.

Résumé : L-association de la microélectronique sur silicium avec la technologie de micro-usinage a rendu possible la réalisation de systèmes sur puces complets. La technologie des MEMS permet le développement de composants intelligents ; elle ajoute à la capacité de calcul de la microélectronique, l-aptitude de percevoir et de contrôler des micro-capteurs et des micro-actuateurs. Le marché des accéléromètres est l-un des domaines des microsystèmes en pleine expansion. On trouve les accéléromètres principalement dans l-automobile, mais ils sont également utilisés dans de nombreux domaines publics et industriels. L-objectif des travaux présentés dans cette thèse est la conception et la modélisation d-accéléromètres avec une technologie à faible coût : la technologie CMOS-FSBM.Deux types de transductions compatibles avec cette technologie ont été retenus pour nos capteurs, la détection piézorésistive et la détection thermique. Une structure simple pour la transduction piézorésistive a été proposée. Elle permet la détection de l-accélération verticale. Un modèle a été proposé pour ce type d-accéléromètre à détection piézorésistive. Ce modèle est vérifié d-une part par des simulations par éléments finis et enfin par les résultats expérimentaux d-un premier prototype.Le principe de la transduction thermique est basé sur le transfert de chaleur par convection. Cette transduction permet, elle, la mesure de l-accélération latérale. L-approche de modélisation a été de dégager des règles simples de conception pour ce type d-accéléromètre. Cette modélisation s-appuie, ici aussi, sur des simulations par éléments finis et sur les résultats expérimentaux d-un prototype.L-étude préliminaire d-un accéléromètre trois-axes a enfin été abordée. Une première structure entièrement piézorésistive a été évaluée. Une seconde solution combinant les deux types de transductions piézorésistive et thermique a été proposée.

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Keywords : Accelerometer monolithic

Mots-clés : MEMS Accéléromètre monolithique CMOS FSBM





Autor: Aboubacar Chaehoi -

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



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