Etude de résonateurs MEMS en GaN pour application aux capteurs inertiels

par Christophe Morelle

Thèse de doctorat en Micro et nanotechnologies, acoustiques et télécommunications

Sous la direction de Didier Théron et de Marc Faucher.


  • Résumé

    Le nitrure de gallium (GaN) est un matériau semi-conducteur dont la filière est en plein essor. Ses propriétés ont permis d’en faire le deuxième matériau semi-conducteur le plus utilisé pour les composants optiques et électroniques, après le silicium. Cependant, comparativement à ces domaines, peu d’études ont été menées quant à la réalisation de microsystèmes électromécaniques (MEMS) malgré des propriétés mécaniques favorables. Dans ce contexte, ces travaux présentent le développement de premiers accéléromètres MEMS résonants en filière GaN. Ces derniers reposent sur l’utilisation de poutres vibrantes possédant une forte contrainte mécanique en tension, avec un actionnement et une détection électriques intégrés. La présence de contrainte modifie significativement les performances de l’accéléromètre. Une étude théorique analytique de l’impact de la contrainte démontre ses bénéfices, notamment en termes de facteur de qualité et d’étendue de mesure. Les étapes du procédé de fabrication des composants ont été développées. Enfin, la caractérisation des accéléromètres démontre de très bonnes performances par rapport à l’état de l’art des autres filières technologiques et en accord avec les modèles préalablement établis.

  • Titre traduit

    Study of GaN MEMS resonators for application to inertial sensors


  • Résumé

    The gallium nitride (GaN) is a semiconductor material for which the sector is rapidly expanding. Thanks to its properties, it have become the second most used semiconductor material for optic and electronic components, after the silicon. However, relatively to those sectors, few studies have been performed about the production of microelectromechanical systems (MEMS) despite the favorable mechanical properties. In this frame, this work presents the development of first resonant MEMS accelerometer in GaN. They are based on the use of vibrating beams which have a high tensile stress, with an integrated electrical actuation and detection. The existence of stress results in a significant modification of the performances of the accelerometer. An analytical theoretical study of the impact of the stress demonstrates its benefits, particularly for the quality factor and the measuring range. The process flow for the fabrication of the component has been developed. Finally, the characterization of the accelerometers shows very good performances compared to the state of the art of the other technologies and in agreement with the models previously established.



Le texte intégral de cette thèse sera accessible librement à partir du 29-11-2018


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.