Amélioration des performances et nouveaux concepts de capteurs inertiels à détection thermique.

Performance improvements and development of a new concept of temperature detection for thermal accelerometers

• Auteur / Autrice : Alexandra Mendez Garraud Garraud
• Direction : Alain Giani
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance le 08/12/2011
• 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 : Examinateurs / Examinatrices : Alain Giani, Philippe Combette, Daniel Guyomar, François Forest
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Lionel Buchaillot, Pascal Vairac

Mots clés

Mots clés contrôlés

Couches minces

Systèmes microélectromécaniques

Accéléromètres

Mots clés libres

Accéléromètre thermique à convection

High-g

Couches minces thermo-résistives

Couches minces pyroélectriques

Mems

Thermal convective accelerometer

High-g

Thermo-resistive thin films

Pyroelectric thin films

Mems

Résumé

Ce travail de thèse porte sur l'étude et la réalisation de micro-capteurs d'accélération à détection thermique. Ils sont basés sur la modification des échanges thermiques par convection naturelle dans un fluide chauffé localement lorsque le dispositif est soumis à une accélération.L'utilisation d'un fluide comme masse sismique est en rupture avec les concepts d'accéléromètres dits traditionnels. Cet avantage a pour conséquence directe leur tenue aux fortes accélérations.Un des objectifs de ce travail consiste à développer et à caractériser des accéléromètres à grande étendue de mesures (> 10 000 g). D'autre part, des études fondamentales menées en parallèle nous ont permis de mieux comprendre les phénomènes thermiques intervenant dans la cavité ainsi que d'en déduire l'effet des paramètres thermo-physiques du fluide, des conditions expérimentales et des dimensions géométriques du capteur sur la sensibilité et la bande passante.Par ailleurs, l'étude de nouveaux concepts de détection thermique basés sur l'utilisation de matériaux pyroélectriques a été entreprise pour aboutir à une amélioration de la sensibilité comme de la bande passante. Après la maîtrise des dépôts en couches minces, ce nouveau mode de détection a été mis en œuvre et le principe validé.

This PhD thesis deals with both study and fabrication of micro-accelerometers based on thermal convection. Under acceleration, convective heat transfer in a locally heated fluid is modified and induces a change in temperature profile. Using a fluid as seismic mass enhances better performances than traditional accelerometers in term of high shock reliability.One goal is to develop and characterize high-g accelerometers (> 10,000 g). Besides, analytical studies carried out in parallel have allowed us to improve our understanding of fluid thermal behaviour. Effects of thermo-physical parameters, experimental set-up and sensor size on both sensitivity and bandwidth were deduced.On the other hand, a new concept of thermal detection based on the use of pyroelectric material was undertaken to improve sensor sensitivity as well as bandwidth. First the thin-film sputtering process is developed. Then the pyroelectric thermal accelerometer principle is confirmed.