Etude de faisabilité de capteurs de pression piézorésistifs à jauges en silicium polycristallin

par Christophe Plantier

Thèse de doctorat en Électronique

Sous la direction de J.M. Blasquez.

Soutenue en 1992

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    La structure etudiee est un capteur de pression piezoresistif, constitue d'une fine membrane de silicium monocristallin, et d'un ensemble de jauges en polysilicium, montees en pont de wheatstone. La deflexion du corps d'epreuve est modelisee par l'equation aux derivees partielles de lagrange. Une solution approchee, de type polynomial, est proposee dans le cas de membranes de forme carree ou rectangulaire, totalement encastrees a leur peripherie. Les tenseurs des contraintes et des deformations sont calcules en tout point du corps d'epreuve. Des modeles de calcul des constantes elastiques et de l'effet piezoresistif dans le polysilicium sont developpes. L'expression complete de la variation de resistance d'une jauge, prenant en compte l'effet de variation de la geometrie, l'effet piezoresistif ainsi que la nature polycristalline des piezoresistances est etablie. Afin de valider les differents modeles theoriques, des structures d'etude sont realisees, en utilisant les techniques classiques de la microelectronique, ainsi que le micro-usinage chimique du silicium. L'etude experimentale du comportement precise la reponse a la pression, la linearite et la sensibilite a la temperature. En ce qui concerne les piezoresistances, les valeurs maximales des facteurs de jauge longitudinal et transversal sont respectivement egales a 19 et -3. Pour ce qui a trait au capteur, les erreurs de linearite ne depassent pas un millieme pour des reponses inferieures ou egales a 0,7% de la tension d'alimentation du pont. La valeur minimale de la derive thermique de la tension de desequilibre est de l'ordre de un millionieme de la tension d'alimentation par degre centigrade. Il ressort de l'etude que les capteurs a jauges en polysilicium sont parfaitement viables. A terme, ils devraient se substituer aux capteurs elabores par des technologies plus conventionnelles, notamment dans le domaine des hautes temperatures

  • Titre traduit

    Feasability of piezoresistive pressure sensors with polycrystalline silicon gauges


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  • Détails : 195 f

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