Recherche Avancée

Thèse soutenue

De l'influence des paramètres mécaniques et électroniques sur l'efficacité de la résonance d'un wafer de silicium encastré par effet photo-thermo-acoustique

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Auteur / Autrice : Carine Chapus
Direction : Jacques Attal
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Génie électrique, électronique, photonique et systèmes
Date : Soutenance le 30/06/2010
Etablissement(s) : Montpellier 2
Ecole(s) doctorale(s) : Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2014)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IES - Institut d Electronique du Sud
Jury : Président / Présidente : Arnaud Bournel
Examinateurs / Examinatrices : Jacques Attal, Arnaud Bournel, Franck Augereau, Jean Podlecki
Rapporteurs / Rapporteuses : Danièle Fournier, Vincent Tournat

Résumé

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L'influence de l'épaisseur et de la durée de vie des porteurs sur l'efficacité de la mise en résonance d'une membrane clipsée de silicium excitée par effet photo-thermo-acoustique a été étudiée. Pour cela, nous avons modélisé les phénomènes physiques spécifiques aux semi conducteurs mis en jeu afin de connaître leur influence sur la vibration créée pour augmenter l'efficacité de la conversion photo-acoustique. Un modèle analytique du mode d'encastrement de la membrane a également été développé. Puis, un banc expérimental utilisant une diode laser pour l'excitation lumineuse et un vibromètre optique pour la détection des déplacements induits a été conçu pour obtenir la réponse en fréquence de membranes de différentes épaisseurs (de 100 à 3000µm) et durées de vie de porteurs (de 1 à 45µs). Ces essais ont montré un décalage vers les basses fréquences d'environ 1kHz de la fréquence du premier mode de résonance et une faible valeur du facteur de qualité de l'ordre de la dizaine dus au choix de l'encastrement par serrage des wafers de silicium à l'aide de joints toriques en nitrile dans l'air. Cette étude a permis de montrer que, dans nos conditions expérimentales, le facteur de qualité était optimal pour une valeur particulière de l'épaisseur de membrane de l'ordre de 300µm par l'effet combiné de la pression extérieure de l'air ambiant et des pertes dans ce type d'encastrement. L'augmentation de la durée de vie des porteurs n'a pas d'effet sur le facteur de qualité alors qu'il semble faire augmenter légèrement l'amplitude de la résonance.