Rétroaction thermo-piézorésistive dans des capteurs MEMS à base de nanofils en silicium suspendus
2020
Le developpement de nouvelles technologies, tant dans le domaine de l'electronique grand public (smartphones, internet des objets,...) que dans le domaine automobile (vehicule autonome), a largement favorise la demande croissante de capteurs miniaturises toujours plus performants. Dans ce contexte, la transduction piezoresistive basee sur l'utilisation de nanofils en silicium se montre particulierement interessante pour ameliorer les capacites de detection des capteurs actuels. De nombreux avantages ont pu etre identifies pour les applications NEMS et MEMS, et en particulier, une grande sensibilite et une excellente compacite. Par ailleurs, la consommation reste un probleme majeur pour les capteurs miniaturises. L'utilisation optimisee de nanofils pourrait constituer a terme une differenciation de ce systeme de transduction pour la conception des capteurs MEMS basse consommation et hautes performances.
La retroaction thermo-piezoresistive (TPBA), mis en evidence dans les nanofils polarises par une source continue, permet de controler finement la reponse electromecanique et d'optimiser la chaine de transduction d'un MEMS. Resultant d'un couplage thermique, electrique et mecanique, ce phenomene permet entre autres d'atteindre un regime d'auto-oscillation pouvant etre utilise pour suivre la frequence de resonance d'un resonateur.
Cette these se focalise sur la comprehension de cet effet de retroaction dans les nanofils utilises pour les composants M&NEMS developpes au CEA-Leti. Une etude approfondie de leurs proprietes, dont les dimensions typiques sont 250 nm x 250 nm x 5 μm, permet de montrer leur interet pour mettre en œuvre ce mecanisme. Base sur des modeles analytiques et numeriques, un modele global de ce phenomene est propose. Il est ensuite confronte aux resultats experimentaux obtenus sur des composants existants et d'autres realises dans le cadre de cette these. Enfin, une discussion sur les perspectives de cette etude permet d'evaluer le gain apporte par la retroaction thermo-piezoresistive et d'identifier ses applications potentielles.
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