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Blard, François. Conception et réalisation de références de tensions alternatives à base de MEMS

Blard, François (2011) Conception et réalisation de références de tensions alternatives à base de MEMS.

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Résumé en francais

Les systèmes microélectromécaniques (MEMS) sont d'excellents candidats pour la métrologie électrique. En effet, grâce au couplage électromécanique dans les MEMS, il est possible de réaliser des références secondaires de tension continue (DC) ou alternative (AC) ayant des valeurs de quelques volts à quelques centaines de volts avec des stabilités relatives pouvant atteindre quelques 10-7. Celles-ci peuvent alors être une alternative aux actuelles références Zener dans le cas de la tension continue, et constitueront une première pour la tension alternative puisque aucune référence n'existe hormis celle basée sur l'effet Josephson. Ce travail de thèse a été dédié au développement et à la fabrication de plusieurs générations de structures MEMS à capacité électrique variable dans lesquelles on exploite le phénomène du pull-in pour réaliser des références de tension AC. Le design des échantillons, basé sur des architectures spécifiques correspondant à différents modes de déplacement de l'électrode mobile, est réalisé grâce à des modélisations sous ConventorWare. On distingue des structures à débattement vertical favorisant un déplacement en mode piston de la membrane mobile et des structures à peignes interdigités à déplacement dans le plan. Ces différentes structures ont été fabriquées à partir d'un procédé technologique industriel MPW (Multi-project Wafer) de la société Tronic's, basé sur un substrat SOI (Silicon On Insulator). En parallèle, un procédé technologique dédié a été mis au point pour s'adapter aux exigences particulières de nos applications. Les références de tension AC ainsi développées présentent des tensions de pull-in variant de 2 V à 100 V avec des fréquences de résonance mécanique mesurées par DLTS (Deep Level Transient Spectroscopy) de seulement quelques kilohertz. Ce dernier résultat permet donc d'envisager l'utilisation de ces références de tension AC sur une large gamme de fréquence, de quelques dizaines de kilohertz jusqu'à quelques Mégahertz. Nous avons également développé une électronique de commande spécifiquement adaptée aux caractéristiques de nos MEMS et intégrant une régulation de la température au mK près. La stabilité de la tension des MEMS a été mesurée sur plus de 150 heures avec une fluctuation inférieure au millionième à 50 kHz et 100 kHz. Les essais à plusieurs centaines de kHz sont également très prometteurs. La dépendance en température est dix fois plus petite que celle rapportée antérieurement, permettant ainsi de s'affranchir de plateformes de stabilisation thermique sophistiquées.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Camon, Henri
Ecole doctorale:Génie électrique, électronique, télécommunications (GEET)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes (LAAS) - CNRS
Mots-clés libres :MEMS - Modélisation - MPW - SOI - Références de tension AC
Sujets :Electricite, électronique, automatique
Déposé le :16 Apr 2012 09:58