Conception et réalisation d'un capteur MEMS multifonctions

par Olivier Legendre

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Souhil Megherbi.

Le président du jury était Eric Labouré.

Le jury était composé de Souhil Megherbi, Eric Labouré, Gaëlle Lissorgues, Dimitri Galayko, Elie Lefeuvre, Christophe Serre, Ming Zhang.

Les rapporteurs étaient Gaëlle Lissorgues, Dimitri Galayko.


  • Résumé

    La problématique entourant la mise en oeuvre, la conception et le conditionnement de micro-capteurs au sein d'une application embarquée représente un enjeu industriel majeur, consiste en un vaste ensemble de défis techniques et touche à de nombreux champs de recherche scientifiques comme d'applications commerciales. Ce mémoire de thèse compile de manière pédagogique et détaillée la conception, la réalisation et l'évaluation expérimentale d'un capteur MEMS constitué d'un simple micro-filament destiné à la mesure, mutuellement, de la température, de la pression et de l'humidité d'une ambiance gazeuse, en utilisant un même et mutuel étage de conditionnement du signal – ce qui en tant que tel constitue une méthode d'intégration particulièrement originale qui est arbitrairement référencée comme "intégration totale". Aussi, le principe physique sous jacent à ce triplet de mesurage est la diffusion par conduction de la chaleur, produite par effet Joule dans l'élément sensible, à travers l'échantillon gazeux l'environnant. Ainsi, le principe de fonctionnement consiste en ce que, la réponse transitoire d'un tel ensemble permet d'une part de mettre en évidence, simultanément et de manière diagonalisable, à une température donnée, l'influence de la pression et de l'humidité sur la conductivité thermique et la capacité calorifique du couple sonde/échantillon. D'autre part, l'élément sensible est spécifiquement prévu pour que dans les conditions initiales du régime transitoire de l'échauffement, sa résistance électrique ne soit sensible qu'à la seule température ambiante, indépendamment des deux mesurandes.

  • Titre traduit

    Design and Realization of a Multi-Function MEMS Sensor


  • Résumé

    Integration of micro sensors within an embedded system is a challenging task in terms of commercial application and deals with many fields of research. This report compiles a novel methodology of multi-sensor integration, from the design to the experimental evaluation. The reported MEMS gas sensor is made from a resistive micro-wire. It is designed to the sensing of temperature, pressure and humidity of a gaseous sample, at the same time, in using only a single sensing part as well as a single conditioning principle – which is by itself a new feature arbitrarily called "total integration". The physical principle involved here is heat-diffusion, where heat is produced by Joule effect within the resistive sensing part, sinking through the gaseous sample. The key is that the transient response of such a sensor enables the reading of both the sample thermal conductivity and heat capacity, depending on both humidity and pressure at a given temperature, the later being only depending upon the initial response of the sensor transient response.


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