Etude du bruit excédentaire, en 1/f, aux basses fréquences dans les dispositifs basés sur l’effet Magnéto-Impédant Géant

Study of the low frequency, 1/f, excess noise in Giant Magneto-Impedance based devices

• Auteur / Autrice : Elodie Portalier
• Direction : Christophe Dolabdjian
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique, microélectronique, optique et lasers, optoélectroniques, micro-ondes
• Date : Soutenance en 2016
• Etablissement(s) : Caen
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale structures, informations, matière et matériaux (Caen ; 1992-2016)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupe de recherche en informatique, image, automatique et instrumentation de Caen
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Normandie Université (2015-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Paul Yonnet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Dolabdjian, Jean-Paul Yonnet, Luc Darrasse, Horia Chiriac, Basile Dufay
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Luc Darrasse, Horia Chiriac

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux ferromagnétiques

Magnétométrie

Électronique -- Instruments

Circuits électroniques -- Bruit

Mots clés libres

Magnéto-Indépendance Géante

Fluctuations de la direction de l’aimantation

Instrumentation faible bruit

Résumé

L’effet Magnéto-Impédant Géant (MIG) consiste en une forte variation de l’impédance d’un matériau ferromagnétique conducteur parcouru par un courant alternatif de haute fréquence et soumis à une variation d’un champ magnétique externe. Ce travail de thèse présente l’étude du bruit excédentaire, en 1/f, aux basses fréquences dans les dispositifs basés sur l’effet MIG. Ce dernier limitant, en effet, les performances en bruit du dispositif. La détermination des contributions en bruit des étages de la chaîne d’instrumentation comprenant l’étage de polarisation, l’élément sensible MIG ainsi que l’étage de conditionnement électronique ont été déterminé à l’aide de l’évaluation de la fonction de cohérence fréquentielle. Nous avons ainsi pu montrer que le niveau de bruit aux basses fréquences est fortement dépendant des conditions d’excitation. Cette technique originale a permis de mesurer le niveau de bruit intrinsèque des dispositifs à effet MIG. Par ailleurs, un modèle théorique, dépendant de la fréquence, du bruit intrinsèque de nos microfils est proposé. Ce dernier prend en compte le mécanisme de fluctuations de la direction de l’aimantation comme cause du bruit intrinsèques des microfils. A partir du théorème de Fluctuation-Dissipation, nous exprimons la densité spectrale de bruit équivalent en champ. Cette dernière est directement proportionnelle à la dépendance en fréquence de la partie imaginaire de la susceptibilité magnétique,. Par la suite, deux méthodes expérimentales sont mises œuvre afin de l’évaluer. Finalement, une comparaison est effectuée entre les niveaux de bruit équivalent en champ attendus et mesurés. Un bon accord a été trouvé laissant penser que le modèle de bruit proposé permet de quantifier raisonnablement le bruit excédentaire à basse fréquence des microfils MIG.

The Giant Magneto-Impedance effect (GMI) consists in the large variation of the impedance of a ferromagnetic conductor excited by a high frequency alternative current and submitted to a variation of an external magnetic field. This thesis work presents the study of the low frequency, 1/f, excess noise in GMI based devices. The latter limiting the noise performances of the device. The determination of the noise contribution of each stage of the instrumentation channel including the polarization stage, the sensing element and the electronic conditioning stage have been determined using frequency coherence measurements. We have shown that the low frequency noise level is strongly dependent upon the excitation conditions. This original technic has permitted the evaluation of the intrinsic noise of the GMI based device. Furthermore, a frequency dependent theoretical model of the intrinsic noise of the GMI microwire is proposed. The latter takes into account the mechanism of the magnetization direction fluctuations as the cause for the instrinsic noise of the microwire. From the Fluctuation-Dissipation theorem, we express the equivalent magnetic noise power spectral density. The latter is directly proportional to the frequency dependence of the imaginary part of the magnetic susceptibility,. Thus, two experimental methods are implemented in order to evaluate it. Finally, a comparison is carried out between the equivalent magnetic noise level measured and expected. A good agreement is found implying that the noise model proposed is efficient to reasonably quantify the low frequencies excess noise of GMI microwires.