Réseaux de transducteurs haute fréquence (100-300 MHz) à déphasage réalisés à partir des technologies MEMS

par Jin-Ying Zhang

Thèse de doctorat en Electronique

Sous la direction de Bertrand Nongaillard.

Soutenue en 2011

à Valenciennes .


  • Résumé

    Les réseaux de transducteurs ultrasonores haute fréquence à déphasage sont des candidats intéressants pour l’imagerie haute résolution en temps réel. De nombreuses difficultés interviennent lors du développement de réseaux avec une fréquence d’émission supérieure à 100 MHz : déphasage en haute fréquence, adaptation électrique, adaptation mécanique et fabrication des réseaux de transducteurs haute fréquence qui joue un rôle critique pour le développement de ces systèmes. Cette thèse porte notamment sur deux aspects spécifiques : la modélisation numérique par élément fini et la fabrication basée sur les les microtechnologies et les MEMS. Dans la partie consacrée aux simulations numériques, un modèle commercial basé sur les éléments finis, COMSOL 3. 5a, est utilisé. Pour les réseaux de transducteurs piézoélectriques sur absorbeur en face arrière, l’influence du pas spatial, de la profondeur de séparation des transducteurs, de l’isolation mécanique de ces transducteurs sur le champ acoustique ont été étudiés ainsi que l’impédance électrique et le couplage. Ces simulations ont également été réalisées pour des réseaux de transducteur sur ligne à retard de propagation. Dans la partie consacrée aux réalisations expérimentales et à leur caractérisation, des réseaux ont été obtenus à partir de monocristaux de LiNbO3 gravés par les technologies plasma et de ZnO déposé en couche mince. Ces réseaux de transducteur ont ensuite été caractérisés à l’analyseur de réseaux et les mesures électriques des impédances et des couplages ont permis de montrer la cohérence avec les prédictions théoriques.

  • Titre traduit

    MEMS-based High-Frequency(100-300MHz) Ultrasonic Linear Phased Arrays


  • Résumé

    High-frequency ultrasonic phased array transducer is a desired candidate in real-time and high resolution imaging. Many difficulties will arise in the development of array imaging systems with an operating frequency of above 100 MHz : high-frequency phase-delay system, electrical matching problem, mechanical matching problem, and fabrication of high-frequency array transducers which play a critical role in ultrasonic phased array imaging systems. This dissertation focuses on mainly two aspects : the finite element numerical simulations in the optimized design and the fabrication using micro electromechanical system (MEMS) technologies. In the section of numerical studies, a commercial finite element tool, COMSOL3. 5a, is employed. In piezoelectric backing array transducers, the effects of pitch size, kerf filler and kerf depth on the acoustic field, electrical impedance and crosstalk are investigated. Systematic simulations are carried out for a designed buffered transducer array. In the section of experimental fabrication and characterization, MEMS based technologies are applied to obtain high-frequency array elements. Single crystal LiNbO3arrays are made using ICP RIE technique. Two kinds of ZnO arrays are kerfed using wet chemical etching technique and micromachining silicon substrate, respectively. All of these arrays are characterized by Network Analyzer. The measured electrical impedance and crosstalk are consistent with the theoretical predictions.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (186 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 175-185

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  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 900823 TH
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