Développement d'un mode de transduction utilisant la rétroaction thermo-piézorésistive dans les nanofils suspendus pour capteurs MEMS

par Pierre Janioud

Projet de thèse en Nano electronique et nano technologies

Sous la direction de Panagiota Morfouli et de Christophe Poulain.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de Electronique, Electrotechnique, Automatique, Traitement du Signal (EEATS) , en partenariat avec CEA/LETI (laboratoire) depuis le 03-10-2016 .


  • Résumé

    Contexte: La détection par nanofil pour les NEMS ou M&NEMS offre de nombreux avantages: grande sensibilité, forte intégration, insensible aux capacités parasites... Les performances de ces capteurs, actuellement comparables aux capteurs capacitifs, pourraient être fortement améliorées par une utilisation optimisée de ses nano-jauges qui conduirait à terme à une différenciation importante par rapport à l'état de l'art et en particulier pour les gyromètres. Innovation: Plusieurs axes ont été identifiés pour améliorer les performances de ces capteurs à nanofils (utilisation de nano-jauges résonantes, optimisation du dopage...) mais celui qui retient le plus notre attention est l'utilisation des effets thermo-élastiques qui ont été récemment mis en évidence dans des nanojauges suspendues. Ces effets sont susceptibles d'ouvrir de nouvelles voies pour la conception de dispositifs M&NEMS résonants bas bruit et surtout très basse consommation, sur la base d'un système auto-oscillant utilisant les phénomènes de back-action thermo-piezo-résistif des nano-jauges. Objectif : analyser par le biais de modélisation et de la caractérisation les effets thermo-élastiques des nano-fil silicium. Concevoir et caractériser de nouveaux designs de gyromètres M&NEMS ultra-basse consommation, et à encombrement et sensibilité optimisés utilisant les phénomènes de back-action. Jalons : adresser les nouveaux enjeux des capteurs inertiels: ultra-basse consommation, hautes performances, bas coût, faible encombrement, aussi bien pour les applications grand publique que pour des applications à plus haute valeur ajoutée (automobile, industriel, aéronautique...).

  • Titre traduit

    development of transduction mechanism based on thermal piezoresistive back action in suspended silicon nanowire for MEMS application


  • Résumé

    Context: Nanowires (or nano-gauges) can be used as detectors in NEMS & MEMS applications : they offer many advantages such as a high sensitivity, large scale integration, low sensitivity to parasitic capacitances. The performance of these sensors, similar to capacitive sensors at the moment, could be highly improved by an optimization of the nano-gauges and this could lead to a definitive advantage when compared to the state of the art, for gyroscopes in particular. Innovation: Several possible improvements have been identified to increase the performance of these sensors equipped with nanowires (use of resonating nano-gauges, optimization of the doping,…) but the one that has kept all our attention is the use of thermoelastic effects which have recently been put into evidence with suspended nanowires. These effects could lead to the conception of low noise and ultra low power resonating M&NEMS by using a self-resonating device based on thermal piezoresistive back-action (TPBA) phenomena that can be observed in nano-gauges. Objectives: Analysis of the thermo-elastic effects in silicon nanowires based on modeling and characterization. Conception and characterization of new designs of ultra low power M&NEMS gyroscopes based on TPBA, with optimized size and sensitivity. Milestones : To address the new stakes of inertial sensors: ultra low power consumption, high performance, low cost, small size, for the consumer market as well as more selective market (automotive, aerospace, defense, etc.)