Fiabilité des microcapteurs de pression piézorésistifs à jauges en polysilicium pour environnements sévères

par Alexandru Andrei

Thèse de doctorat en Dispositifs de l'électronique intégrée

Sous la direction de Daniel Barbier.

Soutenue en 2005

à Villeurbanne, INSA .


  • Résumé

    Actuellement, le marché des capteurs embarqués est en pleine croissance avec une diversification de plus en plus importante des applications. Pour ces composants, souvent exposées de manière prolongée à des environnements sévères (grandes variations de température, corrosion), la fiabilité est devenue un aspect essentiel de leur conception et fabrication. La recherche porte sur l’analyse, la modélisation et la compréhension des mécanismes de dégradation. Ces mécanismes sont souvent plus complexes que ceux connus dans la micro-électronique en raison du couplage électro-mécanique présent dans le fonctionnement des micro-systèmes qui n’existe pas dans les circuits intégrés. L’objectif de ce travail a été de comprendre quels sont les phénomènes physiques responsables du vieillissement des capteurs de pression piézorésistifs PSOI. Après avoir mis en évidence les facteurs environnementaux accélérateurs des dérives irréversibles, on a identifié les parties du capteur qui étaient à l’origine de ces dérives. Pour y parvenir, la recherche a été conduite sur plusieurs niveaux depuis l’étude des matériaux jusqu’à celle des capteurs complets, mis dans leur boîtier. Il a été montré expérimentalement que c’est surtout l’exposition prolongée des capteurs à une température de 125°C qui provoque une dérive irréversible de leur réponse. Il s’agit d’une dérive uniquement de leur tension de décalage, due à un vieillissement des interconnexions (pistes métalliques et contacts ohmiques). Ces observations ont été validées avec un modèle physique capable de relier le comportement des matériaux à celui des capteurs.

  • Titre traduit

    = Polysilicon gauge pressure micro-sensors reliability study for harsh environment applications


  • Résumé

    On-board sensor’s market has recently known a significant growth, with an increasing application diversification. For these components, supporting frequently an extended exposure to harsh environments (important temperature variations, corrosion), reliability has become an essential aspect of their design and fabrication. Today, the research is focused on the analysis, the modeling and on the failure mechanisms understanding. These mechanisms are rather often more complex that those well known in the microelectronics research field, mainly because of the mechanics involved in the micro-system that are not present in the integrated circuit functioning. The main objective of the present work was the study of the physical phenomena that are responsible of the PSOI pressure sensor’s aging. After pointing out the environmental accelerating factors that contribute to the irreversible sensor’s output drift, the responsible sensor’s components had been identified. The study has been conducted on multiple levels, from the material properties analysis to the full packaged sensor device. It has been experimentally found that the grater irreversible drift appears after an extended of the sensor at a high constant temperature (125°C). Only the sensor’s offset changes over time, which has been explained by an aging of the interconnections (metal lines and ohmic contacts). These observations have been validated by a physical model capable of relating the materials properties to the full pressure sensor behavior.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (128 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. [125]-128

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(3470)
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