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Capteurs à semi-conducteursArticle de référence | Réf : E3093 v1
Auteur(s) : Alfred PERMUY, Éric DONZIER, Fadhel REZGUI
Date de publication : 10 mai 2004
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Dispositifs à transfert de charges (CCD)Cet article fait partie de l’offre
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Si la miniaturisation suscite beaucoup d’engouement et d’intérêt, elle peut s’accompagner de réelles difficultés technologiques et de limitations physiques fondamentales liées aux lois d’échelles.
Pour mieux les appréhender, analysons comment les différentes forces physiques qui peuvent intervenir dans le fonctionnement de microcapteurs évoluent avec la miniaturisation.
Force élastique
Elle intervient très souvent dans la conception d’un capteur puisqu’elle définit le niveau de contrainte et les allongements associés.
Dans le cas simple d’une poutre, la raideur k s’écrit :
avec E module d’Young,
e épaisseur,
b largeur,
longueur.
Comme Félastique » Kx (x déplacement), on a alors :
Félastique µ [L2]La miniaturisation n’est donc pas favorable aux capteurs à mesure de contrainte ou de déplacement car la force mesurée varie comme le carré de la dimension. Les effets erratiques d’assemblage (colle, scellement), de dilatation différentielle (structure hétérogène) ou de bilame (empilement de couches) auront donc davantage d’influence sur de petites structures.
Force inertielle
Lorsque l’accélération est constante (cas du champ de gravitation), la force inertielle varie comme le cube de la dimension :
Fpesanteur = Mg = ρVg µ [L3]avec M masse,
g accélération de la pesanteur,
ρ densité,
V volume.
Si l’accélération γ (m.s-2) n’est plus constante, alors :
Finertielle = M γ µ [L4]Ces calculs montrent que la force élastique décroît moins vite que la force d’accélération lorsque la dimension diminue. En conséquence :
l’intégration n’est pas favorable à la réalisation d’accéléromètres...
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