Développement de micro-sources d'énergie pour l'alimentation de micro-systèmes radio-fréquence

Development of energy microsources for powering radio frequency microsystems

• Auteur / Autrice : Sami Oukassi
• Direction : Jean-Pierre Pereira-Ramos
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et ingénierie des matériaux
• Date : Soutenance le 18/03/2008
• Etablissement(s) : Paris Est
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Ingénierie, Matériaux, Modélisation et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 1994-2009)
• Jury : Président / Présidente : Skandar Basrour
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Pierre Pereira-Ramos, Skandar Basrour, Thierry Brousse, Patrice Raynaud, Xavier Gagnard, Raphaël Salot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thierry Brousse, Patrice Raynaud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Micro-fabrication

Photolithographie

Microtechniques

Radiofréquences

Mots clés libres

Microbatteries

Microfabrication

Photolithographie

Gravure

Microsystèmes

Intégration

Résumé

Dans le cadre de la thèse, l'étude porte sur le développement de microbatteries lithium tout solide, dans l'objectif d'alimenter les microsystèmes radiofréquences. On s'est intéressé particulièrement à la miniaturisation et à certains aspects de l'intégration de ces microbatteries. Une première étape a consisté à établir une étude physiochimique des couches actives, et particulièrement l'électrode positive en pentoxyde de vanadium (V2O5), et d'évaluer le comportement électrochimique de ce composé au sein de la microbatterie. Le suivi du matériau par différentes méthodes de caractérisation pendant la phase de croissance a permis l'observation de variations significatives de ses propriétés structurales et morphologiques. Une corrélation a été établie entre ces caractéristiques physiochimiques et le comportement électrochimique à la fois en électrolyte liquide et solide (V2O5/LiPON/Li). Un procédé de microfabrication a été ensuite proposé pour la miniaturisation des microbatteries. Le procédé comporte plusieurs briques technologiques faisant appel à la photolithographie et différentes techniques de gravure. Un protocole expérimental a été établi afin d'optimiser, qualifier et valider le développement de chaque brique technologique, et de rendre compte de la fonctionnalité des dépôts actifs après microfabrication. La conception de microbatteries a été finalement réalisée en se basant sur le cahier des charges du microsystème radiofréquence considéré et en tenant compte du procédé de microfabrication développé.

Within the context of this thesis, achieved works focuses on developing all solid state thin film microbatteries, with the aim of powering radio frequency microsystems (RF MEMS). It was particulary interested on the miniaturization and specific aspects of the integration of these microdevices. A first step xas related to physicochemical investigations on active layers. It has been particulary focused on the positive electrode of vanadium pentoxide (V2O5), so as to assess the electrochemical behaviour of this compound within the microbattery architecture. The monitoring of the material through several characterization techniques during the growth phases has allowed the observation of changes in its structural and morphological properties. A correlation was established between these physicochemical characteristics and the electrochemical behavior in both liquid and solid electrolyte configurations. A microfabrication process was then proposed for the miniaturization of microbatteries. The process involves several process blocks using photolithography and etching techniques. An experimental protocol has been established to optimize, qualify and validate the development of each process block, and investigate the functionality of deposited active layers after microfabrication steps. The design of microbatteries was finally achieved on the basis of the specifications of the selected RF MEMS and taking into account the developed global microfabrication process flow.