Films minces ultradoux pour la réalisation de microcapteurs GMI

National audienceLe procédé de dépôt de films minces de Finemet par pulvérisation RF a été étudié de manière à minimiser la coercivité des films. Ce matériau devient particulièrement intéressant pour la réalisation de microcapteurs à magnétoimpédance géante puisque la sensibilité et l'hystérésis de ces capteurs sont directement liés aux propriétés de la couche ferromagnétique qui les constitue. La coercivité du Finemet est particulièrement sensible à la contamination en oxygène. La vitesse de dépôt nécessairement rapide induit alors des contraintes importantes. La température de recuit a été optimisée de manière à relaxer les contraintes et amorcer la cristallisation. Les études ont montré que les conditions de recuit optimales correspondent à la température de cristallisation Tx. Après optimisation des conditions de dépôt et de recuit, la coercivité a été réduite à 10 A m-1 pour un film de 500 nm. L'intégration du Finemet dans des microcapteurs GMI a permis d'obtenir des sensibilités importantes, du même ordre de grandeur que celle de capteurs macroscopiques (autour de 4100 V/T/A pour un capteur de 4 mm x 200 µm x 2 µm)

Vers des micro-haut-parleurs à hautes performances électroacoustiques en technologie silicium

This research work presents the conception, the development, and the characterization of a silicon-based microspeaker for portable electronic device applications, such as tablets and cellular phones. The objective is to investigate the potential of microsystem technologies with the goal of improving the sound quality and the electroacoustic efficiency, which are two main drawbacks of the today’s microspeakers.By analyzing various parameters which influence the efficiency and the sound quality, we show that the monocrystalline silicon has very interesting mechanical properties which make it the proper choice to be deployed for the membrane as well as the suspension of the transducer.A stiffening structure is proposed to satisfy both the rigidity and the lightness of the membrane, for the sake of sound quality and high efficiency respectively. The magnets and the coil, which compose the electromagnetic motor of the device, are also optimized with the help of analytical and finite element models.Afterwards, the microfabrication of the MEMS microspeaker is studied step by step. It is indeed based on a SOI (silicon on insulator) substrate which makes possible the micromachining of the different parts and the assembly of bulk permanent magnets. The electroacoustic characterization of the MEMS microspeaker samples shows a very high sound quality. A sound pressure level of 80 dB at 10 cm is measured for an electrical power of 0.5 W. This classifies the MEMS microspeaker’s efficiency among that of today’s non-MEMS microspeakers.This work presents, moreover, the possibility of increasing even more the efficiency thanks to the MEMS technology.Ce mémoire présente la conception, la réalisation et la caractérisation d'un micro-haut-parleur en silicium destiné à des applications électroniques portables, telles que les tablettes et les téléphones cellulaires. L'objectif est d'évaluer le potentiel des microtechnologies pour améliorer la qualité sonore et le rendement électroacoustique, qui sont deux points faibles majeurs des micro-haut-parleurs actuels.En analysant les paramètres dont dépendent le rendement et la qualité sonore, nous montrons que le silicium monocristallin présente des propriétés particulièrement intéressantes pour réaliser la surface émissive et la suspension du transducteur. Une microstructure de la partie mobile est proposée pour satisfaire la double exigence d'une surface émissive très rigide, nécessaire à la qualité sonore, et d'une masse très faible, permettant d'augmenter le rendement. Les aimants et la bobine, qui constituent le moteur électrodynamique, sont également optimisés en utilisant conjointement des modèles analytiques et à éléments finis. La microfabrication du transducteur MEMS est étudiée, étape par étape. Elle repose sur l'utilisation d'un substrat SOI (silicium sur isolant), qui sert de base à la structuration des différents composants, et sur lequel sont rapportés des aimants massifs. La caractérisation électroacoustique des échantillons réalisés montre une très bonne qualité de reproduction sonore. Un niveau sonore de 80 dB à 10 cm est obtenu pour une puissance électrique de 0,5 W, ce qui place le rendement au niveau des micro-haut-parleurs du marché. Ces travaux montrent en outre que les technologies MEMS offrent des possibilités d'augmenter très largement le rendement

Towards MEMS technology based microspeakers with high electroacoustic performance

Ce mémoire présente la conception, la réalisation et la caractérisation d'un micro-haut-parleur en silicium destiné à des applications électroniques portables, telles que les tablettes et les téléphones cellulaires. L'objectif est d'évaluer le potentiel des microtechnologies pour améliorer la qualité sonore et le rendement électroacoustique, qui sont deux points faibles majeurs des micro-haut-parleurs actuels.En analysant les paramètres dont dépendent le rendement et la qualité sonore, nous montrons que le silicium monocristallin présente des propriétés particulièrement intéressantes pour réaliser la surface émissive et la suspension du transducteur. Une microstructure de la partie mobile est proposée pour satisfaire la double exigence d'une surface émissive très rigide, nécessaire à la qualité sonore, et d'une masse très faible, permettant d'augmenter le rendement. Les aimants et la bobine, qui constituent le moteur électrodynamique, sont également optimisés en utilisant conjointement des modèles analytiques et à éléments finis. La microfabrication du transducteur MEMS est étudiée, étape par étape. Elle repose sur l'utilisation d'un substrat SOI (silicium sur isolant), qui sert de base à la structuration des différents composants, et sur lequel sont rapportés des aimants massifs. La caractérisation électroacoustique des échantillons réalisés montre une très bonne qualité de reproduction sonore. Un niveau sonore de 80 dB à 10 cm est obtenu pour une puissance électrique de 0,5 W, ce qui place le rendement au niveau des micro-haut-parleurs du marché. Ces travaux montrent en outre que les technologies MEMS offrent des possibilités d'augmenter très largement le rendement.This research work presents the conception, the development, and the characterization of a silicon-based microspeaker for portable electronic device applications, such as tablets and cellular phones. The objective is to investigate the potential of microsystem technologies with the goal of improving the sound quality and the electroacoustic efficiency, which are two main drawbacks of the today’s microspeakers.By analyzing various parameters which influence the efficiency and the sound quality, we show that the monocrystalline silicon has very interesting mechanical properties which make it the proper choice to be deployed for the membrane as well as the suspension of the transducer.A stiffening structure is proposed to satisfy both the rigidity and the lightness of the membrane, for the sake of sound quality and high efficiency respectively. The magnets and the coil, which compose the electromagnetic motor of the device, are also optimized with the help of analytical and finite element models.Afterwards, the microfabrication of the MEMS microspeaker is studied step by step. It is indeed based on a SOI (silicon on insulator) substrate which makes possible the micromachining of the different parts and the assembly of bulk permanent magnets. The electroacoustic characterization of the MEMS microspeaker samples shows a very high sound quality. A sound pressure level of 80 dB at 10 cm is measured for an electrical power of 0.5 W. This classifies the MEMS microspeaker’s efficiency among that of today’s non-MEMS microspeakers.This work presents, moreover, the possibility of increasing even more the efficiency thanks to the MEMS technology

Vers des micro-haut-parleurs à hautes performances électroacoustiques en technologie silicium

Ce mémoire présente la conception, la réalisation et la caractérisation d'un micro-haut-parleur en silicium destiné à des applications électroniques portables, telles que les tablettes et les téléphones cellulaires. L'objectif est d'évaluer le potentiel des microtechnologies pour améliorer la qualité sonore et le rendement électroacoustique, qui sont deux points faibles majeurs des micro-haut-parleurs actuels.En analysant les paramètres dont dépendent le rendement et la qualité sonore, nous montrons que le silicium monocristallin présente des propriétés particulièrement intéressantes pour réaliser la surface émissive et la suspension du transducteur. Une microstructure de la partie mobile est proposée pour satisfaire la double exigence d'une surface émissive très rigide, nécessaire à la qualité sonore, et d'une masse très faible, permettant d'augmenter le rendement. Les aimants et la bobine, qui constituent le moteur électrodynamique, sont également optimisés en utilisant conjointement des modèles analytiques et à éléments finis. La microfabrication du transducteur MEMS est étudiée, étape par étape. Elle repose sur l'utilisation d'un substrat SOI (silicium sur isolant), qui sert de base à la structuration des différents composants, et sur lequel sont rapportés des aimants massifs. La caractérisation électroacoustique des échantillons réalisés montre une très bonne qualité de reproduction sonore. Un niveau sonore de 80 dB à 10 cm est obtenu pour une puissance électrique de 0,5 W, ce qui place le rendement au niveau des micro-haut-parleurs du marché. Ces travaux montrent en outre que les technologies MEMS offrent des possibilités d'augmenter très largement le rendement.This research work presents the conception, the development, and the characterization of a silicon-based microspeaker for portable electronic device applications, such as tablets and cellular phones. The objective is to investigate the potential of microsystem technologies with the goal of improving the sound quality and the electroacoustic efficiency, which are two main drawbacks of the today s microspeakers.By analyzing various parameters which influence the efficiency and the sound quality, we show that the monocrystalline silicon has very interesting mechanical properties which make it the proper choice to be deployed for the membrane as well as the suspension of the transducer.A stiffening structure is proposed to satisfy both the rigidity and the lightness of the membrane, for the sake of sound quality and high efficiency respectively. The magnets and the coil, which compose the electromagnetic motor of the device, are also optimized with the help of analytical and finite element models.Afterwards, the microfabrication of the MEMS microspeaker is studied step by step. It is indeed based on a SOI (silicon on insulator) substrate which makes possible the micromachining of the different parts and the assembly of bulk permanent magnets. The electroacoustic characterization of the MEMS microspeaker samples shows a very high sound quality. A sound pressure level of 80 dB at 10 cm is measured for an electrical power of 0.5 W. This classifies the MEMS microspeaker s efficiency among that of today s non-MEMS microspeakers.This work presents, moreover, the possibility of increasing even more the efficiency thanks to the MEMS technology.PARIS11-SCD-Bib. électronique (914719901) / SudocSudocFranceF

Efficiency optimization of an electrodynamic MEMS microspeaker

International audienceThis paper presents the optimization of a novel planar structure of MEMS electrodynamics microspeaker. The mobile part of the device is a microstructured silicon membrane suspended by a whole set of silicon springs. Its actuation principle relies on the Lorentz force, exactly like in conventional microspeakers broadly used in mobile electronics devices. The presented structure includes a planar coil electroplated on top of the silicon membrane, and a permanent magnet part based on magnet rings bonded onto the silicon substrate. Four different configurations of the permanent magnet part are studied. In each case, the dimensions of the planar coil are determined in order to maximize the electroacoustic conversion efficiency. The optimization method takes into account technological limits of microfabrication. Simulations based on analytical and finite element modelling show that the efficiency of optimized MEMS microspeaker could be up to ten times greater than that of conventional electrodynamics microspeakers used in mobile phones. The simulation results are confirmed by experimental measurements on MEMS microspeaker prototypes

Electromagnetic MEMS Microspeaker for Portable Electronic Devices

International audienceThis work presents the conception, the microfabrication, and the electroacousticcharacterization of a new electromagnetic microspeaker based on silicon. Theobjectives are to get improved sound quality compared to that of conventionalmicrospeakers, while keeping the electroacoustic efficiency as high as possible. Anoptimized stiffening silicon microstructure let the sound radiator be extremely light andrigid. The mobile part is suspended to the fixed part by silicon suspension springs,which enable large out-of-plane displacement. The acoustic radiator is actuated by anelectromagnetic motor, composed of a fixed permanent magnet and a planar coillocated on top of the silicon radiator. The piston-like motion of the radiator favored bythis structure is very beneficial for the sound quality. Electro-mechano-acousticcharacterization of the microfabricated microspeaker showed that the radiator surfacecould run out-of-plane with displacements higher than ±400 μm, with no mechanicaland electrical failure. For an electrical power of 0.5 W, the microspeaker was capableto generate a sound pressure level of 80 dB at 10 cm, from 330 Hz up to 20 kHzfrequency. The efficiency reaches 3×10-5, that is to say three times more than typicalefficiency of conventional microspeakers. Moreover, as characterization resultsshowed, the existence of very few structural modes and the low electroacousticdistortions evidence the high sound quality of the microspeaker

Potential of MEMS technologies for manufacturing of high-fidelity microspeakers

International audienceThe use of microspeakers has drastically grown over the past few years in reason of the important increase of mobile electronics devices having sound reproduction functions. Consumer electronics devices such as mobile phones, tablets or camcorders are the most representative exemples of everyday used devices with embedded microspeakers. Since 2009, this market exceeds one billion microspeakers per year. However, in parallel to the sales increase, the performances of these small-size transducers have been only very little improved in terms of sound quality, efficiency and power density over the last decade. Several reasons can explain such stagnation, such as the limits of conventional manufacturing techniques, or the focus put on selling points other than sound reproduction. The proposal made here is to take advantage of Microsystems technologies for improving microspeaker's performances. Indeed, such a technological leap appears as a very promising way to overcome the major shortcomings of micro speakers made using conventional technologies. This paper illustrates, in the case of a silicon microspeaker, the gains that can be expected from MEMS technologies. The design and the microfabrication process of the device will be fully detailed. Experimental acoustic chacacteristics will be compared to that of conventional microspeakers of same size and power range