Etude de magnétomètres haute performance intégrés en technologie silicium

Integrated high-performance magnetometers study in silicon technology

• Auteur / Autrice : Laurent Osberger
• Direction : Vincent Frick
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microélectronique et Instrumentation
• Date : Soutenance le 14/06/2017
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (Strasbourg ; 2013-....)
• Jury : Président / Présidente : Laurent Latorre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Vincent Frick, Laurent Latorre, Oliver Paul, Thierry Taris, Wilfried Patrick Uhring
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Oliver Paul, Thierry Taris

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hall, Effet

Transistors à effet de champ

Dispositifs magnétooptiques

Magnétomètres

Mots clés libres

Capteur de champ magnétique

Technologie CMOS

Transducteur à effet Hall vertical

CHOPFET

Magnetic field sensor

CMOS technology

Vertical Hall device

CHOPFET

Résumé

La thématique de ce sujet de thèse porte sur l'étude des capteurs de champ magnétique intégrés en technologie CMOS standard basse tension sans étapes de fabrication supplémentaires. La co-intégration du transducteur (l'élément sensible qui transforme le champ magnétique en une grandeur électrique) et de son électronique de conditionnement du signal sur la même puce permet réaliser des fonctions spécifiques qui améliorent significativement les performances du capteur. Les travaux présentés dans cette thèse portent plus particulièrement sur deux types de transducteur : le transducteur à effet Hall dit vertical et un magnéto-transistor particulier appelé « CHOPFET ». Nous avons développé des modèles numériques de ces transducteurs afin d’analyser finement leurs comportement mais aussi d’optimiser leurs performances. En nous basant sur ces résultats, nous avons adapté des techniques de traitement du signal et proposé plusieurs architectures originales dédiées au conditionnement du signal magnétique. Cela a permis d’améliorer significativement les performances de ces capteurs en termes de résolution, d’offset et de consommation électrique.

The subject of thesis subject concerns the study of magnetic field sensors integrated in low-voltage standard CMOS process without additional post-processing steps. Co-integrating the magnetic transducer (the sensitive element transforming the magnetic field into an electrical quantity) together with its conditioning electronics onto a same chip allows to implement specific features, which dramatically improve the sensor performances. This work particularly focuses on two types of transducer: the vertical Hall device and a specific magneto-transistor called “CHOPFET”. We developed numerical simulation models in order to predict and optimize the behavior of these transducers. Based on the results, we adapted dedicated signal processing techniques and proposed several innovative magnetic signal conditioning architectures. This led to significant improvement in terms of resolution, offset and power consumption.