Influence de la température sur le comportement statique et dynamique des capteurs de pression capacitifs au silicium

par Mohamad Al Bahri

Thèse de doctorat en Conception des circuits micrélectroniques et microsystèmes

Sous la direction de Patrick Pons et de Philippe Menini.

Soutenue en 2005

à Toulouse, INSA , en partenariat avec Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes L.A.A.S. (Toulouse) (laboratoire) .


  • Résumé

    Ce mémoire traite de l'étude du comportement thermique des capteurs de pression capacitifs en silicium fabriqués à partir de la filière silicium/verre. Leur comportement statique et dynamique a été étudié pour différentes conceptions. Dans le premier chapitre, les modèles théoriques sont développés pour des capteurs à membrane circulaire. En régime statique, les modèles (sensibilité à la pression et à la tension) sont explicités dans le domaine linéaire. En régime dynamique, la dépendance de la fréquence de résonance est étudiée en fonction de la pression et de la tension appliquée. Pour l'ensemble des modèles, le coefficient thermique a été calculé. Le deuxième chapitre décrit la géométrie du capteur étudié, la technologie utilisée ainsi que le dispositif de test mis en place. La caractérisation du comportement statique en température a été étudiée dans le troisième chapitre. Il a été montré que le coefficient thermique de la capacité au repos est presque constant, qu'il ne dépend pas de la largeur de soudure et qu'il est fonction de l'épaisseur de la membrane, de l'épaisseur de l'armature fixe et la forme de l'encastrement. Le coefficient thermique de la sensibilité à la tension et de la sensibilité à la pression varie de manière quasi linéaire entre -20°C et +150°C. La caractérisation du comportement dynamique en température a été étudiée dans le quatrième chapitre. Il est montré que le coefficient thermique de la fréquence de résonance varie linéairement entre -20°C et +150°C. Il est apparu que la largeur de soudure comme l'épaisseur de l'armature fixe, n'influence pas sur le coefficient thermique de la fréquence de résonance et que ce dernier dépend très fortement de l'épaisseur de la membrane et peu de la forme de l'encastrement. Une comparaison entre deux modèles du coefficient thermique de la sensibilité à la pression a été menée sur un grand nombre de capteurs. Elle a permis de valider ces deux modèles et de démontrer que la sensibilité à la pression dépend de la fréquence de résonance

  • Titre traduit

    Influence of the temperature on the static and dynamic behavior of silicon capacitive pressure sensors


  • Résumé

    This memory treats of the study of the thermal behavior of silicon capacitive pressure sensors manufactured based on silicon/glass technology. Their static and dynamic behavior is studied for various designs. In the first chapter, the theory models are developed for sensors with circular diaphragm. In static mode, the models (pressure and tension sensitivities) are clarified in the linear field. In dynamic mode, the dependence of resonance frequency is studied with respect to the pressure and the applied tension. The thermal coefficient has been calculated for all the set of models. The second chapter describes the geometry of the sensor under study, the used technology as well as the test platform. The characterization of the static behavior with respect to the temperature is studied in the third chapter. It has been found that the thermal coefficient of the capacitance at rest is almost constant and independent of the bonded area width. On the other hand, this thermal coefficient is dependent on the diaphragm thickness, the fixed metal plate thickness and the embedding form. The thermal coefficient of the tension sensitivity and the pressure sensitivity varies in quasi-linear manner between -20°C and 150°C. The characterization of the dynamic behavior with respect to the temperature is studied in the fourth chapter. We have found that the thermal coefficient of the resonance frequency varies linearly between -20°C and 150°C. It appeared that the width of bonded area as the thickness of the fixed metal plate does not influence the thermal coefficient of the resonance frequency. This latter depends much more on the thickness of the diaphragm than on the embedding form, which the influence is minor. A comparison between the two models of the thermal coefficient of pressure sensitivity was carried out on a large number of sensors. It validates these two models and demonstrates that the pressure sensitivity depends on the resonance frequency

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Informations

  • Détails : 1 vol. (d-168 p).
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 139-144

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées. Bibliothèque centrale.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2005/766/ALB
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