Caractérisation par acoustique picoseconde des propriétés mécaniques du PZT déposé en couches minces pour des applications MEMS

par Fabrice Casset

Thèse de doctorat en Micro et nanotechnologies, acoustique et télécommunications

Sous la direction de Arnaud Devos et de Emmanuel Defaÿ.


  • Résumé

    Les MEMS sont aujourd’hui une réalité économique et sont d’ores et déjà utilisés dans un grand nombre d’objets de notre quotidien. Ces composants peuvent utiliser un actionnement piézoélectrique, notamment à base de PZT déposé en couches minces, du fait de son fort coefficient piézoélectrique. Pour dimensionner au mieux et de manière prédictive ces MEMS à base de PZT, il est important de connaitre les propriétés mécaniques du PZT, matériau complexe. Nous avons utilisé l’acoustique picoseconde, technique qui permet de sonder la matière avec des ondes acoustiques générées par des impulsions laser ultra-courtes. Elle permet de transposer à l’échelle nanométrique le principe du sonar. Lors de cette thèse nous avons étudié le PZT en couches minces par acoustique picoseconde. Nous avons pu extraire le module d’Young et le coefficient de Poisson sans faire l’approximation de l’un ou de l’autre. Nous avons également étudié la relaxation des parois de domaines, en mettant en œuvre des mesures d’acoustique picoseconde en fréquence. A l’aide des propriétés mécaniques du PZT, issues des mesures d’acoustique picoseconde, nous avons pu extraire le coefficient piézoélectrique par la comparaison de modèles et de mesures sur une poutre encastrée-libre avec un actionneur à base de PZT. Enfin, nous avons appliqué ces données d’entrée au dimensionnement de dalles haptiques utilisant des actionneurs PZT. Le très bon accord entre la caractérisation de ces dispositifs et les modèles mis en place prouve l’apport de l’acoustique picoseconde pour le dimensionnement de MEMS.

  • Titre traduit

    Mechanical properties characterization of thin-film PZT for MEMS applications using picosecond ultrasonics


  • Résumé

    MEMS components are today an economic reality and are already used in many mass market applications. These devices can use a piezoelectric actuation, in particular based on thin-film PZT due to its high piezoelectric coefficient. To perform predictive design of high performances components based on PZT actuators, mechanical properties of the PZT are required. We used the picosecond ultrasonic technique which probes thin layers with high frequency acoustics waves generated by ultra-short laser pulses. It allows the transposition of the sonar principle at nanometric scale. During this PhD, we studied thin-film PZT using picosecond ultrasonics. We extracted both Young’s modulus and Poisson ratio without an approximation of one or the other. We also studied wall domain relaxation using picosecond ultrasonic measurement at various frequencies. Using PZT mechanical properties obtained from picosecond ultrasonics, we extracted the PZT piezoelectric coefficient, from the comparison between PZT-based cantilever measurement and numerical modeling. Finally, we applied these data for the design of haptic plates using thin-film PZT actuators. The good agreement between haptic plate measurements and modelization proves all the benefit of picosecond ultrasonics for MEMS design.


Il est disponible au sein de la bibliothèque de l'établissement de soutenance.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université des sciences et technologies de Lille. Service commun de la documentation. Bibliothèque virtuelle.
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.