Intégration multifonctionnelle dans un microsystème optique : application à un capteur de déplacement

par Sabine Fourment

Thèse de doctorat en Microélectronique, microsystèmes optiques

Sous la direction de Philippe Arguel.

Soutenue en 2003

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    L'intégration fonctionnelle dans les microsystèmes opto-électro-mécaniques (MOEMS) ouvre la voie à la miniaturisation, à l'accroissement de la fonctionnalité des systèmes optiques actuels, et à l'émergence de nouveaux systèmes. Elle repose sur la conception et le développement de procédés technologiques collectifs et à faible coût, en s'appuyant sur les acquis de la microélectronique sur silicium. Dans cette perspective, les travaux présentés dans cette thèse ont pour but la miniaturisation d'un capteur de déplacement de résolution nanométrique et de grande course, basé sur les phénomènes diffractifs et interférométriques. Le premier objectif est de montrer l'intérêt et la faisabilité d'une intégration sur une plateforme en silicium des fonctions optiques et électroniques, selon une technologie CMOS conventionnelle. Un ultime niveau d'intégration, reposant sur un principe original de détection interférométrique, est ensuite proposé. Nous montrons d'abord la compatibilité d'une technologie CMOS standard avec le cahier des charges du capteur, notamment dans le domaine de la photodétection, puis nous présentons l'étude d'optoASICs regroupant les fonctions de détection, de conditionnement et de traitement du signal. La conception de la carte support, le report du composant sur la carte et l'intégration de l'ensemble dans un boîtier compact et fonctionnel sont exposés et un prototype est réalisé. Afin d'accroître compacité et fonctionnalité du capteur, nous proposons alors un concept original d'intégration, réalisant à la fois les fonctions de mise en interférences et de détection. La faisabilité technologique de ce concept est obtenue en réalisant ce détecteur spécifique, selon un procédé compatible avec une technologie CMOS. La mesure de déplacement, utilisant le principe du capteur, permet d'analyser la validité de cette approche. Enfin, la sensibilité de ce nouveau dispositif aux différents paramètres structuraux et aux conditions de fonctionnement est étudiée.

  • Titre traduit

    Multi-functional integration in an optic microsystem, use for displacement sensor


  • Résumé

    In Micro Optical Electromechanical Systems (MOEMs), functional integration paves the way for miniaturized systems, an increase in the functionality of current optic systems and the emergence of new systems. This integration relies on the design and development of collective, low cost technological processes using microelectronics on silicon. This work consists in miniaturizing a long range and nanometer resolved displacement sensor based on diffractive and interferometric phenomena. First, the interest and feasibility of integration of optic and electronic functions on silicon platform, using conventional CMOS technology is discussed. In the second part, an ultimate level of integration, based on original principle of interferometric detection, is proposed. First, the compatibility of standard CMOS technology with the sensor specifications is demonstrated, in particular in the photodetection domain. Then, we present the study of optoASICs including photodiodes and signal processing. Support card design, the component transfer onto this card and integration of the whole assembly into a compact and functional package are described and a prototype is fabricated.

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Informations

  • Détails : 158 f.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. f. 132-137

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  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Accessible pour le PEB
  • Cote : 2003TOU30064
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