Contribution à l’étude de microstructures passives de type SiO2 –Au ,[Silicium-Or] : détermination de fréquences de résonance par caractérisation dynamique

Contribution to the study of Silicon dioxide – Gold passive microstructures : determination of resonant frequencies by dynamic characterization

• Auteur / Autrice : Guillaume Marinier
• Direction : Mohammed Benzohra
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique ; Electronique, optronique et systèmes
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Rouen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Optique -- Instruments

Interférométrie

Réponse en fréquence

Matériaux -- Propriétés mécaniques

Microstructure (physique)

Systèmes microélectromécaniques

Résumé

En dépit de leur très faibles dimensions, les microsystèmes jouent des rôles majeurs, parfois critiques, dans les systèmes qui les emploient : leur conception et leur fabrication impliquent la connaissance du comportement mécanique du ou des matériaux utilisés. En effet, les propriétés intrinsèques de ces matériaux ont une influence considérable sur la réalisation des MEMS, et la maîtrise des contraintes mécaniques générées au sein de ces dispositifs devient ainsi incontournable. Le travail présenté dans cette thèse s'inscrit dans le souhait de développer et d'accroître les connaissances et la fiabilité des microsystèmes par l'étude du comportement mécanique et dynamique de microstructures passives. Dans ce but, les contraintes résiduelles ont focalisé notre attention et particulièrement le module d’Young par la détermination de fréquences de résonance. Dans un premier chapitre, après avoir présenté les principales techniques de fabrication de microstructures puis les défauts qui leurs sont liés, nous abordons la sollicitation en flexion de microleviers de type SiO2-Au, avant de déterminer par la théorie leurs fréquences de résonance. Nous proposons dans un second temps et à travers des chapitres distincts, deux techniques optiques sans contact de caractérisation dynamique. La première est une méthode originale qui emploie un interféromètre de Michelson et qui nous offre des résultats intéressants : les différents spectres en fréquences de nos échantillons de microleviers. La seconde techniques de caractérisation utilise le principe du vibromètre optique. Après une présentation de cet instrument, nous exposons les modules qui composent ce banc de caractérisation en développement. Nos choix, dictés par les compétences spécifiques de notre laboratoire, tendent à faire évoluer ce dispositif expérimental vers une miniaturisation, afin d'effectuer par la suite des tests sous environnements contrôlés.

In spite of their reduced dimensions, microsystems generally play the main roles even sometimes critical within the devices which employ them : their design and their realisation imply the knowledge of the mechanical properties of materials used. Indeed, the intrinsic properties of these materials have a major influence on the realisation of MEMS, and the control of it mechanical constraints generated within these devices becomes thus essential. The work presented in this thesis develops and increases knowledge and reliability of microsystems by the study of mechanical and dynamic behavior of passive microstructures. To this aim, residual stresses focused our interest and particularly Young's modulus by the determination of resonant frequencies. In the first chapter, we present the principal techniques of microstructures manufacture and the defects they are dependent of. Then we propose the setting in inflection of SiO2-Au microcantilever, before determining their resonant frequencies with the theory. We propose in the second time and through distinct chapters, two contacless and optical techniques for dynamic characterization. The first is an original method which uses a Michelson interferometer and which offers interesting results : various frequency spectra from our samples of microcantilevers. The second characterization techniques uses the principle of the optical vibrometer. After a presentation of this instrument, we expose the components of this system under development within our laboratory. Our choices tend to improve this experimental device to a miniaturization, with the aim to carry out thereafter tests under controlled environments.