System architecture and circuit design for micro and nanoresonators-based mass sensing arrays

par Grégory Arndt

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Jérôme Juillard.

  • Titre traduit

    Architecture système et conception électronique de réseaux de capteurs de masse à partir de micro et nanorésonateurs


  • Résumé

    Le sujet de thèse porte sur des micro/nanorésonateurs ainsi que leurs électroniques de lecture. Les composants mécaniques sont utilisés pour mesurer des masses inférieures à l'attogramme (10-18 g) ou de très faibles concentrations de gaz. Ces composants peuvent ensuite être mis en réseau afin de réaliser des spectromètres de masse ou des détecteurs de gaz. Afin d'atteindre les résolutions nécessaires, il a été choisi d'utiliser une détection harmonique de résonance détectant les variations de la fréquence de résonance d'une nanostructure mécanique. Les dimensions du résonateur sont réduites afin d'augmenter sensibilité en masse, cependant le niveau du signal électrique en sortie du composant est également réduit. Ce faible signal nécessite donc de concevoir de nouvelles transductions électromécaniques ainsi que des architectures électroniques qui minimisent le bruit, les couplages parasites et qui peuvent être mise en réseau.


  • Résumé

    The PhD project focuses on micro or nanomechanical resonators and their surrounding electronics environment. Mechanical components are employed to sense masses in the attogram range (10−18 g) or extremely low gas concentrations. The components can then be implemented in arrays in order to construct cutting-edge mass spectrometers or gas chromatographs. To reach the necessary resolutions, a harmonic detection of resonance technique is employed that measures the shift of the resonant frequency of a tiny mechanical structure due to an added mass or a gas adsorption. The need of shrinking the resonator's dimensions to enhance the sensitivity also reduces the signal delivered by the component. The resonator low output signal requires employing new electromechanical resonator topologies and electronic architectures that minimize the noise, the parasitic couplings and that can be implemented in arrays.

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