Microcapteur de conductivité thermique sur caisson épais de silicium poreux pour la mesure de la microcirculation sanguine

par Philippe Roussel

Thèse de doctorat en Electromagnétisme

Sous la direction de Daniel Barbier et de André Dittmar.

Soutenue en 1999

à Lyon, INSA .


  • Résumé

    L'irrigation ou microcirculation sanguine tissulaire est le paramètre de choix qui caractérise la fonction principale du réseau microcirculatoire. La mesure de la microcirculation sanguine dans des volumes actifs de quelques mm3 offre un large champ d'applications dans le domaine de la physiologie, de la neurologie et de la pharmacologie. La mesure localisée de la conductivité thermique des tissus explorés est particulièrement adaptée à la quantification de ce paramètre. De nombreuses sondes reprenant ce principe ont été développées par le passé en technologie hybride. Ce travail de recherche a permis de concevoir, de réaliser et de caractériser un microcapteur en technologie compatible CMOS pour la mesure localisée de la microcirculation sanguine. Un procédé original d'isolation thermique par caisson épais de silicium poreux présentant une conductivité thermique environ 100 fois plus faible que le silicium monocristallin à été mis en œuvre. Un démonstrateur de sonde intégrée composée d'une couche de 80μm de silicium poreux sur 220μm de silicium a été réalisé sous la forme d'une aiguille implantable de 1mm x 300μm de section. Il intègre une thermopile polysilicium/aluminium dotée d'une sensibilité de 1mV/°C, ainsi qu'un élément chauffant et une thermistance en polysilicium. Des simulations numériques par éléments finis sur un modèle 2D et 3D ont permis de décrire et d'optimiser le comportement thermique statique et dynamique de la sonde. Des mesures de conductivité thermique dans des modèles physiques ont été réalisées. Les modes de fonctionnement isocalorique et isothermique ont été validés.

  • Titre traduit

    = Thermal conductivity microsensor on trick po rous silicon layer for tissue blood flow measurements


  • Résumé

    Tissue blood flow is a pertinent parameter to characterize the microcirculation network main functions. Tissue blood flow measurement in small volume of a few mm3 offer wide applications possibility in physiology, pharmacology and neurology fields. Local measurement of the tissue thermal conductivity is a well adapted means for the quantization of tissue blood flow. Numerous probe based on this principle have been developed in the last twenty years using hybrid technologies. This study allowed the design, the realization and the characterization of a CMOS compatible microsensor for local measurement of tissue blood flow. An original concept of thermal insulation by thick porous silicon layer has been developed. Porous silicon offers a thermal conductivity a hundred times lower than that of monocrystal silicon. A prototype of a integrated probe made of a 80μm thick porous silicon layer onto a 220μm silicon layer has been realized. The microsensor is implantable probe shaped and 1mm x 300 μm in section. The probe includes a high sensitivity of 1m V /°C polysilicon / Aluminum thermopile, a polysilicon thermistor and a heating element. Finite element numerical simulations have been performed on a 2D and 3D model of the probe to describe and optimize the static and dynamic thermal behavior of the microsystem. Thermal conductivity measurements have been performed into physical models. Isoenergetic and isothermal operation of the system have been validated.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (216 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. P.193-200

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(2334)
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.