Caractérisation et modélisation multiphysique de MEMS supraconducteurs pour une application en radioastronomie millimétrique

par Nouha Allouch (Al cheikh)

Thèse de doctorat en Sciences et technologie industrielles

Sous la direction de Pascal Xavier.

Soutenue le 28-11-2011

à Grenoble , dans le cadre de École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble) , en partenariat avec Institut de la Microélectronique, Electromagnétisme et Photonique (équipe de recherche) et de Institut de Microélectronique, Electromagnétisme et Photonique (laboratoire) .

Le président du jury était Didier Vincent.

Le jury était composé de Pascal Xavier, Karl Schuster, Jean-Marc Duchamp, Mehrdad Abedi, Mehdi Ehsan.

Les rapporteurs étaient Valerie Madrangeas, Boudjemaa Remaki, Niels Keller.

mots clés

• MEMS
• Réception hétérodyne
• Condensateur variable
• Niobium
• Supraconductivité
• Profilométrie
• Modélisation multiphysique

Résumé

Des MEMS supraconducteurs ont été développés par l’IRAM pour des besoins instrumentaux dans les récepteurs hétérodyne large bande en millimétrique. Dans ce mémoire, la caractérisation de ces MEMS capacitifs par des mesures profilométriques, vibrométriques, aux rayons X , électriques et thermiques est présentée. Ils ont en outre été modélisés avec un modèle analytique électromécanique simple. Ce modèle est complété par un schéma équivalent haute fréquence semi-distribué facilement implantable dans le simulateur multiphysique COMSOL pour prendre en compte la supraconductivité. Ce travail a permis de déterminer quelles géométries de ces MEMS sont satisfaisantes pour une utilisation dans les récepteurs hétérodyne large bande en hyperfréquence.

mots clés

• MEMS
• Heterodyne receiver
• Varactor
• Niobium
• Superconductivity
• Profilometry
• Multiphysic modelling

Titre traduit

Multiphysic characterization and modelling of superconducting MEMS for radio astronomy applications

Résumé

Superconducting MEMS were developed by IRAM for millimetre wave heterodyne receivers improvements. In this report, the characterization of these capacitive MEMS is presented (profilometry, vibrometry, X rays, electric and thermal). They were described with a simple analytical electromechanical model which can be easily implemented with an equivalent high frequency circuit in the COMSOL multiphysic software to take into account the superconductivity. This work answers to the question of what are the MEMS geometries well suited for broadband heterodyne receivers requirements.