Etude du procédé d'élaboration et caractérisation de microdispositifs en silicium poreux pour la mesure du taux d'humidité

par Olivier Garel

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Elisabeth Dufour-Gergam.


  • Résumé

    Les performances des microsystèmes sont extrêmement liés à l’environnement et doivent généralement dépendre le moins possible des perturbations extérieures, comme l’humidité de l’air. C’est pourquoi ces microdispositifs sont généralement encapsulés dans un boitier hermétique qui permet à la fois de les connecter à une électronique, mais également de les protéger des variations du milieu extérieur. Mais ce type de boitiers qui représente plus de 80 % du coût du global d’un composant, est aussi à l’origine de près de 80 % des défaillances. Ainsi, il s’avère intéressant de placer directement sur le capot de silicium de l’encapsulation des capteurs environnementaux (pression, température, gaz) pour pouvoir caractériser in situ l’atmosphère interne du boitier durant la phase d’assemblage, mais également durant la phase d’utilisation. Dans ce travail, nous avons choisi d’utiliser du silicium poreux comme matériau sensible à l’humidité, qui de par sa surface spécifique élevée, permet d’augmenter la capacité d’absorption de l’humidité par rapport à un matériau massif et donc de réaliser des capteurs les plus sensibles possible, tout en restant compatible avec les spécificités induites par la technologie silicium. Pour cela, après avoir mis au point le procédé de fabrication des couches de silicium poreux par anodisation électrochimique et d’avoir caractérisé leur morphologie (porosité, surface spécifique), nous avons développé deux types de micro capteurs d’humidités susceptibles d’être intégrés à une encapsulation sur tranche constituant le boitier : des dispositifs statiques (capteurs impédimétriques) et des structures mobiles résonnantes.

  • Titre traduit

    Study of process development and characterization of porous silicon microdevices for measuring humidity


  • Résumé

    The performance of Micro (Opto) Electromechanical systems are highly related to the environment and have to be less dependent on external contaminants, such as humidity. There fore, these microdevises are usually encapsulated in a sealed packaging that allows to connect to electronics, but also to protect them from changes in external environment. But this type of packaging, which represents over 80 % of the overall cost of a component, is also source of nearly 80 % of failures. Thus, it is interesting to integrate environmental sensors (pressures, temperature, gas) on the silicon cap in order to characterize in situ the internal atmosphere of M(O)EMS packaging from fabrication process to the lifetime of the components. In this work, we chose to use porous silicon as humidity sensitive material, which by its high specific surface increases the absorption capacity of moisture from a solid material, therefore the sensor is highly sensitive, while remaining compatible with the specificity induced by the silicon technology. For this after the development of manufacturing process of porous silicon layers by electrochemical anodization and the characterization of their morphology (porosity, specific surface), we have developed two types of micro humidity sensors, which may be incorporated into a wafer-level (WLP) : motionless devices (impedimetric sensors) and resonant structures.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (265 p.)
  • Annexes : Bibliogr. en fin de chapitres

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  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2009)182
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