Etude et optimisation des performances d'un accéléromètre convectif triaxial micro-usiné

par Sonia Abdellatif

Projet de thèse en SYAM - Systèmes Automatiques et Micro-Électroniques

Sous la direction de Pascal Nouet et de Brahim Mezghani.

Thèses en préparation à Montpellier en cotutelle avec l'Université de Sfax , dans le cadre de I2S - Information, Structures, Systèmes , en partenariat avec Laboratoire d'informatique, de robotique et de micro-électronique (Montpellier ; 199.-....) (laboratoire) et de Département Microélectronique (equipe de recherche) depuis le 21-12-2017 .


  • Résumé

    Cette thèse concerne la conception, l'étude, la modélisation numérique et analytique ainsi que la validation expérimentale d'une nouvelle structure d'un accéléromètre convectif CMOS MEMS. Nous avons commencé par l'analyse d'une nouvelle structure d'un accéléromètre convectif à trois axes sensibles qui utilise quatre bras flexibles pour la fixation de l'élément chauffant. Cette structure innovante a été étudiée en vue d'augmenter considérablement la sensibilité sur l'axe z du capteur. La position optimale des capteurs a été aussi analysée et optimisée. Ceci concerne les capteurs pour l'accélération x-y et z qui sont placés dans des emplacements différents dans la cavité. Un modèle FEM 3D a été développé et appliqué pour faire une modélisation mixte (numérique/analytique) sur la nouvelle structure proposée. Cette modélisation a permis de dériver les équations caractérisant les performances de l'accéléromètre en fonction des différents paramètres agissant sur les effets de la conduction et la convection pour les 3 axes sensibles. Cette étude a aussi permis de dériver l'expression de la sensibilité en fonction des différents paramètres géométriques ainsi que de la température et du gaz utilisé dans la cavité. Le dessin des masques de la nouvelle structure optimisée ainsi que la fabrication d'un prototype nous a permis de mesurer les trois sensibilités puis utiliser ces valeurs pour valider les différentes modélisations effectuées.

  • Titre traduit

    Analysis and performance optimization of a 3-axis micromachined convective accelerometer


  • Résumé

    This thesis concerns the design, the study, the numerical and analytical modeling as well as the experimental validation of a new structure of a CMOS MEMS convective accelerometer. We analyzed the new structure of a three-axis sensitive convective accelerometer that uses four flexible arms to attach the heating element. This innovative structure has been studied to considerably increase the sensitivity on the z-axis of the sensor. The optimal position of the detectors has also been analyzed and optimized. This concerns detectors for x-y and z acceleration that are placed in different locations in the cavity. A 3D FEM model was developed and applied to perform a mixed modeling (numerical / analytical) on the proposed new structure. This modeling helped to derive the equations characterizing the performances of the accelerometer as a function of the different parameters acting on the effects of conduction and convection for the 3 sensitive axes. Using this study, we were able to derive the expression of the sensitivity as a function of the different geometrical parameters as well as the temperature and the gas used in the cavity. The layout of the new optimized structure as well as the fabrication of a prototype allowed us to measure the three sensitivities then use these values to validate the different theoretical modeling which were carried out.