Application des microtechnologies à la réalisation d'un spectromètre de masse miniature

la spectrométrie de masse est aujourd'hui utilisée dans de nombreux domaines, dont l'analyse des gaz résiduels, la détection de fuite et les analyses de pollution. La miniaturisation des instruments permettrait, en plus de réduire le poids et l'encombrement des systèmes, d'augmenter leur pression de travail et ainsi d'élargir leur champ d'action. Cependant, avec des techniques d'usinage classiques, et à cause de la précision nécessaire des alignements, la fabrication de dispositifs miniatures engendre une hausse considérable des coûts. L'utilisation des microtechnologies sur silicium, grâce auxquelles ont peut fabriquer à moindre coût des objets de très petite taille, a donc été envisagée. Ce travail avait pour but l'évaluation d'un premier prototype de spectromètre de masse sur silicum. Après une analyse détaillée des systèmes existants dans la littérature, deux architectures ont été définies et testées grâce à des logiciels de simulation. La première concerne un filtre de masse de type quadrupolaire, dont la forme des barreaux a été modifiées de manière à faciliter sa fabrication par microtechnologies. La deuxième architecture est celle d'un filtre de Wien (filtre à champ éléctrique et magnétique croisés). Pour ces deux structures, un procédé de fabricatrion a été mis au point, avec pour objectif de réaliser sur une seule et même puce la cage d'ionisation, le filtre et la détection. Grâce à ce procédè, une quarantaine d'instruments peuvent être réalisés simultanément à partir de deux substrats de silicum (100 mm de diamètre). Des premiers résultats ont été obtenus grâce aux prototypes fabriqués durant ce travail. Des tests de la cage d'ionisation et de la détection ont prouvé qu'il était possible de créer un faisceau d'ions sur une puce, d'influencer sa trajectoire et de le détecter sur cette même puce. De plus, le principe du filtre de Wien micro-usiné a été en partie validé avec des ions de masses faible (Hélium et Azote). Le filtre quadrupolaire n'a pu être complètement caractérisé, mais les modifications à apporter au système ont été tirées des problèmes rencontrés, et sont présentées.GRENOBLE1-BU Sciences (384212103) / SudocSudocFranceF

Sondes pariétales de type MEMS en technologie silicium (applications au contrôle des écoulements)

Cette thèse a pour but d'exploiter au mieux les technologies MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) pour la conception, la fabrication et la caractérisation de capteurs pariétaux indispensables pour le contrôle des écoulements en mécanique des fluides. Les trois grandeurs physiques intéressantes sont: le frottement à la paroi, les fluctuations de pression et de température. Les applications visées se situent au niveau du contrôle actif de la turbulence. Le but est d'agir localement et rapidement sur les points de formation de turbulence et d'en limiter la propagation. En déterminant ces points de turbulence, et en appliquant l'action appropriée, on peut diminuer la traînée pour les avions, et par conséquent, leur consommation. La faisabilité d'un tel contrôle exige la disponibilité de micro actionneurs, mais surtout de capteurs susceptibles d'être installés à la paroi, de ne pas perturber l'écoulement et de renseigner ponctuellement et instantanément sur l'état de l'écoulement. Nous présentons une technologie innovante " multi-capteurs mono-puce " basée sur le collage de plaques SOI. Après avoir rappelé quelques de bases de microfluidique, un cahier des charges des différents capteurs est établi, puis des simulations numériques sont effectuées afin d'optimiser les géométries des capteurs. Une grande partie de ce travail est consacrée au développement et réalisation technologique. Pour finir, des mesures de caractérisations électriques ont été menées pour les capteurs de frottement pariétal.GRENOBLE1-BU Sciences (384212103) / SudocGRENOBLE INP-Phelma (381852301) / SudocSudocFranceF

Conception et caractérisation de microsystèmes électromécaniques (étude et fiabilité des capacités accordables des MEMS RF)

Les microsystèmes électromécaniques radiofréquence (MEMS RF) sont devenus ces dernières années des composants très prometteurs pour l amélioration des performances des circuits hyperfréquences. La possibilité de les intégrer avec des dispositifs classiques CMOS est aussi un avantage décisif. Par contre, la fiabilité des composants MEMS RF constitue le problème le plus important qui empêche souvent leur industrialisation. Dans ce mémoire une étude du fonctionnement des composants MEMS RF capacitifs est effectuée. Nous présentons la technologie compatible CMOS adoptée pour leur réalisation et les problèmes de fiabilité liés à cette technologie. Les outils de caractérisation spécifiques à l étude de la fiabilité sont décrits. Nous proposons une modélisation analytique du comportement électromécanique qui est comparée aux analyses par éléments finis des modèles 3D des MEMS RF capacitifs. Les tests électriques des capacités accordables ont révélé divers problèmes de fiabilité, telle qu une dépendance temporelle des caractéristiques électro-mécaniques et une forte sensibilité à la température. Le rôle de l environnement de mesure et les difficultés qui en résultent sur l interprétation des résultats expérimentaux sont également mise en évidence.GRENOBLE1-BU Sciences (384212103) / SudocGRENOBLE INP-Phelma (381852301) / SudocSudocFranceF