Exploitation des propriétés piézoélectriques des matériaux III-V et application aux capteurs inertiels résonants de type MEMS

par Lucas Bonnin

Projet de thèse en Electronique et Optoélectronique, Nano- et Microtechnologies

Sous la direction de Alain Bosseboeuf et de Olivier Le traon.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Electrical, Optical, Bio: PHYSICS_AND_ENGINEERING , en partenariat avec Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (laboratoire) , Microsystèmes et nanobiotechnologies (equipe de recherche) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 02-10-2017 .


  • Résumé

    Les matériaux III-V (GaAs, GaN, AlN,..), matériaux à la fois semi-conducteurs et piézoélectriques, constituent une alternative particulièrement intéressante aux MEMS (Micro Electro Mechanical System) silicium en offrant des moyens d'actionnement et de détection piézoélectriques très efficaces par rapport à l'actionnement et la détection électrostatique généralement mis en œuvre avec le silicium. C'est la raison pour laquelle l'ONERA s'est engagé depuis quelques années, en collaboration avec le C2N, dans l'étude de microsystèmes en GaAs, plus particulièrement d'un gyromètre vibrant tri-axe de concept original. Les avancées récentes obtenues dans la microfabrication collective sur wafer de GaAS, que ce soit dans la technologie de gravure par D.R.I.E (Deep Reactive Ion Etching) ou dans les procédés originaux de réalisation de systèmes d'électrodes 3D, permettent aujourd'hui d'envisager à court ou moyen terme des applications industrielles MEMS sur filière GaAs. L'objectif de cette thèse est clairement axé vers les applications et la réalisation de dispositifs inertiels MEMS pour lesquels l'ONERA dispose d'une expertise très forte. Ces développements visent des applications à forte valeur ajoutée dans le domaine de la navigation inertielle en réponse aux besoins futurs pressentis de capteurs inertiels performants, bas coûts, pour les véhicules autonomes. Cette thèse s'articulera sur 3 points principaux : (i) la poursuite du développement de la technologie MEMS sur GaAs et son optimisation dédiée à la réalisation d'un gyromètre tri-axe de concept breveté par l'ONERA. (ii) la réalisation d'un prototype complet de gyromètre tri-axe avec électronique associée et sa caractérisation. (iii) l'extension de cette filière à d'autres capteurs vibrants.

  • Titre traduit

    Piezoelectric properties of the III-V material applied to MEMS vibrating inertial sensors


  • Résumé

    The III-V material (GaAs, GaN, AlN...), which is semiconductor and piezoelectric, can be an interesting alternative to the silicon in the design of MEMS sensor. Indeed, the piezoelectric effect is more efficient than the usual electrostatic effect to make the sensor vibrate and to measure the moving. The ONERA, in collaboration with the C2N has designed a new tri-axis vibrating gyroscope in GaAs. Thanks to the technological improvements of the D.R.I.E (Deep Reactive Ion Etching) and of the manufacturing of 3D electrode, we can yet consider industrial applications of GaAs MEMS sensor in short or medium term. The aim of this PhD is the manufacturing of an inertial MEMS sensor, a field where the ONERA has a strong expertise. We try here to anticipate the need of low-cost but high-performance inertial sensors in the development of the autonomous vehicles. This PhD will focus on three points: (i) The development of the MEMS technology in GaAs, especially applied to manufacture a tri-axis gyroscope for which patents have already been registered by the ONERA. (ii) The manufacturing and characterisation of the prototype of this tri-axis gyroscope, including its electronic system. (iii) The extension of this technology to other vibrating sensors.