Réalisation et caractérisations électromécaniques de transducteurs ultrasonores capacitifs micro-usines

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• Auteur / Autrice : Edgard Jeanne
• Direction : Daniel Alquier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance le 18/12/2008
• Etablissement(s) : Tours
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Santé, sciences, technologies (Tours)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire de microélectronique de puissance (Tours)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : École polytechnique universitaire (Tours)
• Jury : Président / Présidente : Etienne Gaviot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Les Haworth, Mathieu Roy, Dominique Certon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Robert Plana

Mots clés

Mots clés contrôlés

Imagerie tridimensionnelle en médecine

Imagerie médicale

Transducteurs ultrasonores

Traitements de surface

Micro-usinage

Transducteurs ultrasonores

Électromécanique

Mots clés libres

Cmut

Résumé

Les transducteurs ultrasonores capacitifs micro-usinés peuvent s’adapter à la complexité et à la miniaturisation requise par l’évolution des techniques d’échographie vers l’imagerie intracardiaque ou l’imagerie 3D en temps réel. L’objectif de ce travail de thèse est la réalisation de démonstrateurs pouvant être intégrés dans une sonde cathéter 9Fr pour l’imagerie intracardiaque. Nous proposons, d’évaluer une technologie de micro-usinage de surface a?n de réaliser une architecture reposant sur un couple de membrane en nitrure de silicium faiblement contraint et de couche sacri?cielle en oxyde. Nous abordons la caractérisation électromécanique des transducteurs ultrasonores en proposant une approche mécanique pour la détermination de la tension de collapse et la fréquence de résonance. Di?érentes techniques nous ont permis d’extraire les propriétés mécaniques de la couche structurelle du microsystème. Nous ?nalisons ces travaux sur l’intégration des dispositifs dans la sonde avec un report de connectique sur la face arrière, basée sur des vias traversants et une couche de passivation en nitrure de silicium déposé par PECVD ou de parylène C.

Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducers (cMUTs) based on MEMS technology may ?t the complexity and the miniaturization required by ultrasound probes evolution. The objective of this thesis work is to realize a technological test vehicle which can be easily and directly integrated in a 9Fr catheter probe. This document focuses on a surface micromachining process in order to realize a 450nm thick suspended membrane over a 200nm gap. The process lies on a LPCVD low stress silicon nitride membrane and an oxide sacri?cial layer. The electromechanical characterization of the membrane is performed through laser Doppler vibrometry and optical pro?lometry in order to determine the collapse voltage and the natural frequency of the membranes. Material’s mechanical properties being fundamental in any MEMS prediction behavior, dedicated mechanical test structures were characterized in order to extract silicon nitride mechanical properties. In an integration and a ?ip-chip scheme, a through wafer interconnect technology is proposed. Finally, this document ends on the investigation of PECVD silicon nitride and parylene C as a passivation layer.