Etude et réalisation de MEMS dédiés à la focalisation d'ondes acoustiques UHF par retournement temporel contribuant au développement de dispositifs d'imagerie monotransducteur

Study and realization of MEMS dedicated to the focusing of UHF acoustic waves by time reversal contributing to the development of single-transducer imaging devices

• Auteur / Autrice : Hatem Dahmani
• Direction : Pierre Campistron, Julien Carlier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance le 01/07/2021
• Etablissement(s) : Valenciennes, Université Polytechnique Hauts-de-France
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie
• Partenaire(s) de recherche : établissement délivrant conjointement le doctorat : Institut national des sciences appliquées Hauts-de-France (Valenciennes, Nord ; 2019-....)
• Jury : Président / Présidente : Abdelkrim Talbi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Campistron, Julien Carlier, Stefan Catheline, Djilali Kourtiche, Florence Razan, Bertrand Nongaillard, Chérif Dridi, Nicolay Smagin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Stefan Catheline, Djilali Kourtiche

Mots clés

Mots clés contrôlés

Imagerie acoustique

Transducteurs

Ondes sonores

Ondes décimétriques

Microtechniques

Mots clés libres

Microsystèmes acoustiques

Mems

Ultrasons

Ultra Haute fréquence

Adaptation d’impédance

Imagerie surfacique

Cavité chaotique

Retournement temporel

Acoustic microsystems

Mems

Ultrasound

Ultra-High frequency

Impedance matching

Surface imaging

Chaotic cavity

Time reversal

Résumé

Dans les systèmes d’imagerie basés sur l'exploitation d'ondes ultrasonores, la résolution dépend fortement de la fréquence de résonance des capteurs piézoélectriques. Ainsi, pour atteindre une résolution importante, il est nécessaire d’utiliser des transducteurs fonctionnant en ultra haute fréquence. De plus, le développement des systèmes d'imagerie multi-éléments dont la fréquence de fonctionnement est supérieure à 100 MHz soulève de nombreuses difficultés telles que la limite technologique pour la fabrication des capteurs multiéléments de petites dimensions, les problèmes d'adaptations électrique et mécanique, ainsi que le système de retard de phase à haute fréquence. Nous avons proposé dans ce travail l’étude d’un microsystème permettant la génération et la focalisation d'ondes acoustiques ultra haute fréquence (1 GHz) en intégrant des transducteurs piézoélectriques à base de ZnO en face d’une cavité chaotique en silicium. Le principe de fonctionnement de ce dispositif se base principalement sur la focalisation d’ondes acoustiques par la technique de retournement temporel (RT). La validation de l’étude est réalisée par l’exploitation des signaux reçus sur des transducteurs récepteurs de diamètre submillimétrique positionnés en différents points d'une zone d'analyse pré-définie.

In imaging systems based on the use of ultrasonic waves, the resolution depends strongly on the resonance frequency of the piezoelectric sensors. Thus, to achieve a high resolution, it is necessary to use transducers operating at ultra-high frequency. In addition, the development of multi-element imaging systems with operating frequencies above 100 MHz raises many difficulties such as the technological limitation for the fabrication of small size multi-element sensors, the electrical and mechanical matching problems, as well as the high frequency phase delay system. In this work, we have proposed the study of a microsystem allowing the generation and focusing of ultra-high frequency (1 GHz) acoustic waves by integrating ZnO-based piezoelectric transducers in front of a chaotic silicon cavity. The operating principle of this device is mainly based on the focusing of acoustic waves by the time-reversal technique (TR). The validation of the study is carried out by the exploitation of the signals received on transducers receivers of submillimeter diameter positioned in various points of a pre-defined zone of analysis.