Thèse soutenue

Modélisation et fabrication de microinterféromètres Mirau accordables intégrés 3D

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Auteur / Autrice : Wei Xu
Direction : Alain Bosseboeuf
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique
Date : Soutenance le 12/12/2014
Etablissement(s) : Paris 11
Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences et Technologies de l'Information, des Télécommunications et des Systèmes (Orsay, Essonne ; 2000-2015)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'électronique fondamentale
Jury : Président / Présidente : Arnaud Dubois
Examinateurs / Examinatrices : Alain Bosseboeuf, Arnaud Dubois, Christophe Gorecki, Tarik Bourouina, Véronique Bardinal, Paul Montgomery, Pierre Blondy
Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe Gorecki, Tarik Bourouina

Résumé

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Les interféromètres de type Mirau sont largement utilisés dans les profilomètres et vibromètres optiques 3D plein champ et d’autres applications dans les domaines de la biologie et de la médecine ont été démontrées. Quand elle a été débutée, cette thèse était la première tentative de réalisation d’interféromètres Mirau entièrement intégrés et accordables en technologie microsystèmes électromécaniques (MEMS) silicium. La conception proposée est fondée sur l’intégration hybride 3D d’un wafer de scanners hors plan de micromiroirs de référence et d’un wafer de séparatrices de faisceaux optiques. La nouveauté majeure de la conception du scanner de miroir est l’utilisation de microactionneurs à peignes électrostatiques verticaux autoalignés réalisés à partir de wafers double Silicium sur Isolant (DSOI). Les modélisations semi-Analytiques et les simulations électromécaniques par éléments finis ont démontré que la combinaison de cet actionnement électrostatique avec des ressorts en serpentins optimisés permet d’obtenir une translation de grande course, bidirectionnelle et symétrique (+/-20µm) du miroir de référence. Un procédé de fabrication original de ce scanner de miroir, reposant largement sur la gravure ionique profonde (DRIE) et des techniques innovantes de délimitation de motifs avec des films secs photosensibles, a été étudié, et les principales étapes critiques de fabrication ont été démontrées avec succès avec des substrats de Si, SOI et DSOI commetciaux. La séparatrice semi-Réfléchissante large bande a été conçue pour être réalisée par une technologie de fabrication de membranes diélectriques multicouches SiO2/SiNx développée précédemment à l’IEF. L’assemblage des wafers de scanners de miroir et de séparatrices sera étudiée dans l’avenir pour obtenir des matrices d’interféromètres Mirau accordables permettant des mesures parallélisées d’interférométrie à décalage de phase ou d’interférométrie faiblement cohérente à balayage dans différentes gammes de longueurs d’onde.