Capteurs microélectroniques

1 - Matériaux de la microélectronique

• 1.1 - Silicium
  Figure 1 - Structure cristalline du silicium (a = 5,43 Å = 0,543 nm) Figure 2 - Coefficients de piézorésistance (en 10–11 Pa–1) dans le plan (100) pour du silicium de type N et P (d’après ) Tableau 1
• 1.2 - Dérivés du silicium : SiO2 et Si3N4
• 1.3 - Autres matériaux

2 - Technologie du micro-usinage collectif

• 2.1 - Caractéristiques générales
  Figure 3 - Principe d’un réacteur d’attaque plasma
• 2.2 - Gravure plasma RIE
  Figure 4 - Réalisation d’une poutre de polysilicium par attaque HF de l’oxyde sous-jacent (les épaisseurs des dépôts sont de l’ordre du micromètre)
• 2.3 - Gravure isotrope liquide
• 2.4 - Gravure anisotrope liquide
  Figure 5 - Vitesse relative de gravure d’une solution d’éthylène pyrocatéchol en fonction de la direction cristalline dans les plans (100) et (110) Figure 6 - Quelques exemples de structures obtenues par gravure anisotropique du silicium (100) (a b c ) et (110) (d , e , f ) Figure 7 - Vitesse relative de gravure en fonction de la concentration en bore pour une solution d’éthylène diamine (1 L), de pyrocatéchol (160 g), de pyrazine (6 g) et d’eau (130 cm3) à 100 oC Figure 8 - Principe de la gravure électrochimique du silicium ; la jonction NP est polarisée en inverse Tableau 2 Tableau 3

3 - Techniques d’assemblage

• 3.1 - Problématique
• 3.2 - Colles
  Figure 9 - Principe de l’équipement de soudure électrostatique Figure 10 - Coefficients de dilatation du silicium et du verre Corning 7740
• 3.3 - Soudure électrostatique verre-silicium
• 3.4 - Soudure silicium / silicium

4 - Applications des structures micro-usinées

• 4.1 - Capteurs de pression
  Figure 11 - Principe de réalisation d’une membrane par attaque face arrière et contrôle par tranchées face avant Figure 12 - Principe de réalisation d’une membrane par arrêt sur une couche dopée bore. Sur les faces avant et arrière, le silicium peut aussi être protégé par de l’oxyde ou du nitrure Figure 13 - Capteur de pression piézorésistif Figure 14 - Principe d’un capteur de pression capacitif Figure 15 - Capteur de pression en quartz (document Schlumberger) Figure 16 - Principe d’un microphone silicium Figure 17 - Principe de l’électronique de détection
• 4.2 - Microphones
• 4.3 - Capteurs d’accélération
  Figure 18 - Accéléromètre piézorésistif silicium Figure 19 - Principe de réalisation de la poutre silicium Figure 20 - Principe d’un accéléromètre capacitif silicium
• 4.4 - Capteurs de champ magnétique
  Figure 21 - Capteur d’accélération polysilicium Figure 22 - Principe du magnétomètre micro-usiné Figure 23 - Capteur magnétique à force de Laplace (document Schlumberger)
• 4.5 - Capteurs chimiques
  Figure 24 - Capteur chimique à ondes de surface Figure 25 - Microcapteur de débit liquide-gaz (document Schlumberger)
• 4.6 - Capteurs de débit
  Figure 26 - Microcapteur de débit eau-hydrocarbure (document Schlumberger)

5 - Capteurs non micro-usinés

• 5.1 - Capteurs de température
  Figure 27 - Variation de la résistivité du silicium dopé N en fonction de la température et pour différentes concentrations Figure 28 - Structure d’une thermopile silicium
• 5.2 - Capteurs de débit
  Figure 29 - Capteurs de débit Figure 30 - Piézojonction PN (sensibilité de l’ordre de 10 –11 V · Pa–1)
• 5.3 - Capteurs de force
  Figure 31 - Capteur de force piézoélectrique Figure 32 - Exemple de capteur sensitif (l’électronique de décodage, 1 transistor par taxel, n’est pas représentée)
• 5.4 - Capteurs sensitifs
• 5.5 - Capteurs magnétiques
  Figure 33 - Structure d’une magnétodiode PIN Figure 34 - Tête magnétique : vues schématiques
• 5.6 - Capteurs chimiques
  Figure 35 - Structure d’un capteur de CO Figure 36 - Structure d’un ADFET
• 5.7 - Capteurs photoniques

6 - Effets de la miniaturisation des capteurs

7 - Conclusion