Conception de microstructures résonantes destinées aux applications radiofréquences et fabrication en technologie d'intégration de composants passifs sur silicium

Design of miocro-resonator for radiofrequency and fabrication with silicon passive integration technology

• Auteur / Autrice : Marc Sworowski
• Direction : Lionel Buchaillot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Micro-ondes et microtechnologies
• Date : Soutenance le 28/11/2008
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Éléments finis, Méthode des

Oscillateurs radiofréquences

Silicium cristallisé

Silicium -- Substrats

Systèmes microélectromécaniques

Mots clés libres

Résonateurs microélectromécaniques

Gravure ionique réactive profonde

Résumé

L'intégration de composants passifs sur silicium constitue l'une des voies envisagées pour répondre aux préoccupations de miniaturisation des systèmes électroniques radiofréquences. Une autre réponse à cette évolution est apportée par l'introduction de microsystèmes électromécaniques pour remplacer des fonctions électroniques. Ce projet explore une approche mixte afin d'intégrer simultanément les composants passifs et un MEMS résonant. Le procédé de fabrication des puces passives est le point de départ pour réaliser des résonateurs susceptibles de remplacer les quartz. Les travaux concernant trois types de structures sont détaillés dans cette thèse : des anneaux en aluminium avec des vibrations hors-plan, une géométrie tubulaire en silicium vibrant sur un mode de contour et des résonateurs carrés et circulaires en silicium monocristalIin fonctionnant sur un mode extensionnel. Le principe de fonctionnement y est expliqué, ainsi que le moyen de les réaliser sans avoir recours à un substrat SOI. La confrontation des mesures électriques avec différents modèles analytiques ou numériques a orienté les travaux vers une solution offrant de bonnes performances. Avec un facteur de qualité dépassant 50000 à une fréquence de 24 MHz, une résistance motionnelle de 2 kiloohms. et une puissance dissipée de 16 µ W pour une polarisation de 5 V, les derniers prototypes montrent le potentiel d'une telle approche

The integration of passive components on silicon is one of the solutions to meet the concerns of miniaturization of electronic radio frequency systems. Another response to these evolution is provided by the introduction of microelectromechanical systems to replace electronic functions. This project explores a mixed approach to simultaneously integrate passive components and MEMS resonant. The manufacturing process of passive chips is the starting point for making resonators as an alternative to quartz. Work on three types of structures are detailed in this thesis: aluminum rings with out-of-plan vibrations, a tubular geometry made of silicon vibranting on a contour mode and single-crystal silicon contour-mode resonators. The operating principle is explained, as weIl as the means to achieve them without resorting to a SOI substrate. The comparison between electrical measurements and various analytical or numerical models has guided the work towards a solution with good performance. With quality factor exceeding 50000 at a frequency of 24 MHz, motional resistance of 2 kiloohms. and power dissipation of 16 µW for a polarization of 5 V the latest prototypes show the potential of such an approach.