Conception, réalisation et caractérisation d'inductances planaires à couches magnétiques

Ce travail de thèse concerne la miniaturisation et l intégration de composants magnétiques comme les inductances utilisées dans les convertisseurs DC-DC et les circuits haute fréquence. Cette thèse a pour objectifs : - de développer une méthodologie d étude des inductances à couches magnétiques - de montrer la faisabilité de tels composants utilisant des couches épaisses de ferrite (50 à 500 m). Le contenu de notre document s articule ainsi autour de trois axes : la simulation, la réalisation et la caractérisation. En simulation, le logiciel HFSS, nous a permis de concevoir, de prédire le comportement du composant et d'étudier l influence des différents entrefers et épaisseurs du matériau magnétique. La réalisation fait appel aux différentes et nombreuses étapes micro technologiques qui sont décrites en détail. Ces étapes concernent les techniques de dépôt sous vide, les procédés de photolithographie, les techniques de dépôt électrolytique, les techniques de sciage et de collage. Enfin, la caractérisation des inductances réalisées a été effectuée en basses, moyennes et hautes fréquences respectivement au LCR mètre (20Hz à 1MHz), à l impédance mètre (40Hz à 110MHz) et à l analyseur vectoriel de réseaux (10MHz à 67GHz)This thesis concerns the miniaturization and integration of magnetic components such as inductors used in DC-DC converters and high frequency circuits. This thesis aims to: - to develop a methodology for the study of magnetic layers inductors; - to show the feasibility of such components using thick layers of ferrite (50 to 500 m). The content of our document is structured around three axes: simulation, realization and characterization. In simulation, HFSS software allowed us to design, predict the behavior of the component and to study the influence of different air gaps and layers of magnetic material. The realization involves numerous and different micro technology steps which are described in detail. These steps are technical of vacuum deposition, photolithography processes, electroplating deposition techniques, techniques of sawing and sticking. Finally, the characterization of inductors achieved was done in low, medium and high frequencies respectively with a LCR meter (20Hz to 1MHz), an impedance meter (40Hz to 110MHz) and a vector network analyzer (10MHz to 67GHz)ST ETIENNE-Bib. électronique (422189901) / SudocSudocFranceF

Structural Characterization of Magnetic Nano-particles Suspensions, Using Magnetic Measurements

P curves, Magnetic fluids, Ferrofluids, Nanostructural characterization, Magnetic powders, Hysteresis curve, Magnetic nanocomposite materialsThe paper describes some characteristics of the “P” curves for structural characterization of magnetic nano-particles suspensions (complex fluids, complex powders, complex composite materials, or living biological materials having magnetic properties). In the case of these materials, the magnetic properties are conferred to various carrier liquids by artificially integrating in their structure ferromagnetic particles of different sizes. The magnetic properties are usually shown by the hysteresis curve. The structure can be seen on (electronic) micrography. The P curves offer another possibility to determine the structure of the magnetic component of a complex fluid by numerical analysis of the magnetization curve experimentally obtained. The paper presents a detailed approach of the P curves and some limitations in their use

Couches minces magnétiques élaborées par pulvérisation cathodique RF

Ce document représente ma candidature à l'habilitation à diriger des recherches au sein de l'Université Jean Monnet de Saint-Étienne.. Vous trouverez dans ce document un Curriculum Vitae détaillé et une synthèse de mes travaux de recherche. - Le Curriculum Vitae exhaustif fait apparaître la chronologie de mes activités dans les domaines de l'enseignement et de la recherche. Dans ce CV vous trouverez une liste des travaux et publications, une liste des mémoires dirigés. - La synthèse des travaux de recherche met en évidence les problématiques abordées et leurs positions dans le champ scientifique national et international

Etude et réalisation de micro-inductances pour convertisseur DC/DC

La croissance récente de fréquence en électronique de puissance nécessite la conception des circuits miniaturisés fonctionnant à des centaines de Mégahertz. Le travail de cette thèse est consacré à l étude et à la réalisation de micro-inductances pour convertisseur DC/DC. Les principaux objectifs de ce travail sont de dimensionner, de réaliser et de caractériser de micro-inductances. Le dimensionnement de structures d inductances avec et sans matériau magnétique a été mené grâce au logiciel HFSS. Cette étude a permis de mettre en évidence deux structures réalisables telles que l inductance à air et l inductance à une couche de YIG. Le dépôt de matériaux par pulvérisation cathodique RF, la mise en forme des conducteurs en cuivre par le procédé de photolithographie et le bonding ont permis de réaliser de micro-inductances. Les caractérisations en basse fréquence à l aide d un LCRmètre et en haute fréquence au moyen de l analyseur vectoriel de réseaux ont permis d une part de mesurer les valeurs d inductances et de les confronter à celles de simulation et d autre part la mesure de perméabilité relative du YIGThe recent growth of frequency in electronic power requires the comprehension of miniaturized circuits working in hundreds of Megahertz. The work of this thesis is dedicated to study and to realization a micro-inductors for converter DC/DC. The main objectives of this work are to size, to fabricate and to characterize a micro-inductors. The dimension structures of the inductor with and without magnetic material was led with the help of the software HFSS. This study allowed putting in an obvious place two accomplishable structures such as the inductor without and with a coat of YIG. The deposit of materials by the cathodic sputtering RF, the format of the brass drivers by the technique of photolithography and the bonding allowed accomplishing a micro-inductor. The characterizations in low frequency with the LCRmeter and in high frequency with the Network Analyzer allowed on one hand to measure of the inductance and compare them with those of simulation and also the measure of permeability of YIGST ETIENNE-BU Sciences (422182103) / SudocSudocFranceF

Étude expérimentale de cristaux magnéto-photoniques 3D réalisés sous forme d opales inversés par une matrice de silice dopée en nanoparticules magnétiques

Dans les systèmes de télécommunications l'isolateur est le seul élément qui n'a pas encore été intégré, en raison du traitement thermique élevé (~ 700 C) nécessaire à la cristallisation des matériaux magnétiques le constituant. Ce composant autorise le passage de la lumière dans une seule direction, en bloquant la propagation dans le sens retour et évite les risques des dommages ou d instabilités. Il est basé sur l'effet non-réciproque de la rotation Faraday des matériaux magnéto-optiques. Pour surmonter ce problème de compatibilité tout en exaltant l'effet magnéto-optique, un matériau composite structuré en cristal photonique 3D a été élaboré par imprégnation d un opale direct de polystyrène avec une solution de précurseurs métalliques dopés avec des nanoparticules magnétiques (CoFe2O4) à basse température en utilisant le procédé sol-gel. Premièrement, nous avons montré par le calcul, que l'utilisation d'un matériau magnétique diluée avec un indice de réfraction relativement faible dans un cristal photonique 1D, peut augmenter le facteur de mérite par rapport à une seule monocouche magnéto-optique. Pour obtenir une rotation Faraday suffisante, la fraction volumique de nanoparticules magnétiques dans la couche composite a tout d abord été augmentée de quelques pour cent à une valeur aussi importante que 40%. Le résultat principal de cette thèse est enfin que la rotation de Faraday des cristaux magnéto-photoniques réalisés a montré une amélioration sur les bords de la bande interdite photonique en comparaison à la seule monocoucheFor telecommunication systems the isolator is the only element, which has not been integrated yet, because of the high temperature (~700 C) annealing process which is required for the crystallization of magnetic materials. Due to the non-reciprocal behavior of the magneto-optical effects, this device assures that the transmitted light passes in one direction, but it blocks the backward propagation into the laser and avoids damage risk or instabilities. To overcome this compatibility problem and increase the magneto-optical effect, a composite material arranged as 3D photonic crystal has been elaborated by impregnating polystyrene direct opals with magnetic nanoparticles(CoFe2O4) doped metallic precursor solution using low temperature sol-gel process. Firstly, we have shown by calculation, that the use of a dilute magnetic material with a relatively low refractive index in a 1D photonic crystal can increase the merit factor compared to a single magnetic monolayer. To obtain a sufficient Faraday rotation, the volume action of magnetic nanoparticles had to be increased. We managed to reach 40%, whereas this rate was only a few percent at the beginning of this work. The main result of this thesis is that the Faraday rotation of the realized magneto-photonic crystals showed an enhancement at the edges of the photonic band gap comparing to the single monolayerST ETIENNE-Bib. électronique (422189901) / SudocSudocFranceF

New technique to measure low-frequency permeability of thin magnetic films surrounded by a current sheet in a multilayer environment

International audienceA new technique of inductive measurement to determine the initial magnetic permeability μr of Yttrium Iron Garnet (YIG) thin films has been conceived and developed. The magnetic material is deposited by radio-frequency sputtering between two copper thin layers on alumina substrate. After different tests considering the geometrical, morphological and magnetic properties, we have established a protocol permitting to manufacture a prototype in an original design. The performance of the fabricated micro-inductor has been checked using the Kerr effect, X-ray diffraction and scanning electron microscopy. To obtain accurate measurement of μr, we have used a four- point probe test bench and a precision LCR meter. This technique was first validated on a larger scale by finding μr = 1 for the dielectric layers. Then, the current sheet method was validated with thick layers of commercial YIG. From several tests the magnetic permeability of YIG thin films has been evaluated as 2

Original design for a micro-inductance prototype characterized using a new technique of inductive measure

International audienc

Influence of magnetron effect on barium hexaferrite thin layers

International audienceIn this paper, we study the effects of a magnet, located in the cathode, on barium hexaferrite thin films deposited by RF magnetron sputtering technique. During the process, these effects can modify thickness, roughness and stress of coatings. The characteristics of the deposited layers depend on the substrate position that is located opposite of magnetron cathode. In the "magnetron area", one can observe that the high stress can produce cracks or detachment of layers and the increasing of both depositing rate and surface roughness. After sputtering elaboration, barium hexaferrite films are in a compressive stress mode. But, after the post-deposition heat treatment these films are in a tensile stress mode. To improve the quality of BaM films, the subsrtate has to be set outside the magnetron area

Inductances planaires intégrées à couches magnétiques : Conception - Fabrication - Caractérisation - Modélisation

Résumé - Cet article constitue une synthèse des travaux conduits depuis quelques années au laboratoire sur l'intégration de composants passifs à couches magnétiques fonctionnant jusqu'à plusieurs centaines de MHz. Dans cet article nous présentons l'ensemble des étapes permettant la conception, la fabrication, la caractérisation et la modélisation d'inductances planaires fabriqués de façon collective. Les derniers résultats obtenus sur la réalisation d'inductances à 2 couches de matériau magnétique et sur la modélisation de ces dispositifs sont également présentés.  </p

Coplanar isolator based on gap plasmon resonators

International audienc