Microstructures resonnantes en quartz pour capteurs de temperature : etude de la sensibilite en temperature, analyse des formes usinees et definition d'un procede de decoupe chimique

Vibrating quartz microstructures for temperature sensors : studying the temperature sensitivity, analysis of the etching shapes and definition of the chemical etching process

• Auteur / Autrice : TIJANI MESSAOUDI
• Direction : Colette Tellier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1998
• Etablissement(s) : Besançon

Résumé

Ce travail de these, qui s'oriente vers la realisation collective de nouveaux microcapteurs thermiques a quartz par un procede transposable en milieu industriel et peu couteux, s'articule autour de deux themes principaux et complementaires : 1. Le premier concerne la modelisation des resonateurs a ondes de volume et l'etude des courbes frequence-temperature pour structures resonnantes en quartz vibrant en mode de cisaillement d'epaisseur. 2. Le deuxieme theme est la definition d'un procede de fabrication de structures resonnantes suspendues par des ponts par micro-usinage chimique du cristal de quartz dans des solutions de bifluorure d'ammonium nh#4f-hf. La premiere partie est consacree a l'etude de la reponse thermoelastique et du facteur de couplage electromecanique des resonateurs a ondes de volume vibrant en cisaillement d'epaisseur. Le phenomene de piegeage de l'energie par une surepaisseur (mesa) a ete pris en compte. Un logiciel qui fournit les cartographies des coefficients thermoelastiques et du coefficient de couplage a ete developpe. De nouvelles coupes, qui s'averent interessantes pour des applications capteurs thermiques, ont ainsi pu etre identifiees. La seconde partie traite des problemes specifiques a l'elaboration de la microstructure resonnante en quartz suspendue par des ponts. Un soin particulier a ete porte a la definition d'un procede de depot de couches minces cr-au servant de masque inerte chimiquement et resistant a des attaques chimiques de longue duree. L'etude de l'anisotropie de l'attaque chimique a ete etendue a de nouvelles coupes a simple et a double rotation. La simulation numerique 3d des formes usinees, developpee par c. R. Tellier, a permis de confronter les resultats theoriques et experimentaux. Cette partie s'acheve par des travaux experimentaux relatifs a la fabrication de structures suspendues de type bva sur quelques coupes a simple rotation pour lesquelles l'attaque chimique ne doit pas se solder par une degradation des performances metrologiques.