Thèse soutenue

Conception de circuit intégré pour les applications gravimétriques basées sur l’utilisation de résonateurs mécaniques arrangés en réseau

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Auteur / Autrice : Guillaume Gourlat
Direction : Gilles Sicard
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Nano electronique et nano technologies
Date : Soutenance le 29/11/2017
Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Observatoire des micro et nanotechnologies (Grenoble)
Jury : Président / Présidente : Skandar Basrour
Examinateurs / Examinatrices : Patrick Villard, Rose-Marie Sauvage, Sébastien Hentz
Rapporteurs / Rapporteuses : Pascal Nouet, Ian O'Connor

Mots clés

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Mots clés contrôlés

Résumé

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L’extrême sensibilité des résonateurs mécaniques (NEMS) aux variations physiques à l’échelle atomique a permis le développement d’un nouveau concept de spectrométrie de masse à base de NEMS capable de mesurer la taille d’une particule unique. L’utilisation de large réseau de capteurs doit permettre à terme de palier la faible surface de capture des résonateurs tout en ouvrant de nouvelles perspectives pour les applications qui nécessitent des informa- tions sur la répartions spatiale des particules au sein du faisceau de mesure. Pour réaliser un spectromètre de masse à base de NEMS viable pour des applications de mesures réelles, il est impératif de développer une technologie de co-intégration NEMS CMOS permettant de fortement densifier le niveau d’interconnexion entre le capteur et l’électronique de lecture. Dans ce travail, nous présentons les premiers résultats mettant en oeuvre une telle techno- logie au travers de mesures de laboratoire et de la conception de circuit intégré co-intégré avec les résonateurs mécaniques. L’électronique de lecture capable de suivre la fréquence de nombreux NEMS simultanément est encore un facteur limitant la forte intégration nécessaire à la lecture de grand réseau de NEMS (>1000), les travaux de cette thèse mettent l’accent sur les problématiques liées à la lecture d’un grand nombre de résonateurs en termes de surface de silicium, de consommation et de performances. Nous présentons dans ce manuscrit une nouvelle architecture d’oscillateur hétérodyne bimode qui doit permettre de répondre à la fois au besoin de compacité tout en assurant le suivi simultané des différents modes de résonances des capteurs. Les travaux présentent également l’effort de modélisation et de co-simulation électro mécanique mis en oeuvre pour la conception des trois circuits. Enfin, nous présentons les résultats de mesure physique obtenue avec l’un des circuits revenus de fabrication et testé au sein du banc de spectrométrie de masse mise en place par les équipes du CEA/LETI.