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RÉSUMÉ
La microélectronique a apporté de grandes avancées au capteur, à la fois en fonctionnalités et en coût. Cet article présente les matériaux utilisables en microélectronique, et notamment le silicium. Puis il détaille les technologies de micro-usinage collectif utilisables pour produire ces capteurs. Les propriétés et les applications sont ensuite détaillées pour les capteurs micro-usinés et non micro-usinés.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Alfred PERMUY : Ancien élève de l’École normale supérieure - Docteur en Physique - Directeur technique SAFT Power Systems
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Éric DONZIER : Ingénieur ESIEE - Directeur de recherche Schlumberger
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Fadhel REZGUI : Docteur en Physique - Responsable Technologie capteurs Schlumberger
INTRODUCTION
La plupart des systèmes de contrôle sont constitués d’une chaîne de trois organes fonctionnellement différents :
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les capteurs qui prélèvent l’information et la convertissent en grandeur électrique ;
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la structure de traitement électronique des signaux numérique ou analogique ;
-
les moteurs qui se chargent d’agir sur l’environnement ou d’informer l’opérateur humain.
Avec l’évolution considérable des performances et la réduction des coûts de fabrication des électroniques de traitement (essentiellement liées aux microprocesseurs), les capteurs sont devenus, dans les années 1970, des produits stratégiques conditionnant dans une large mesure le prix de revient et l’efficacité des systèmes de contrôle. De plus, l’augmentation des performances (impliquant des compensations de dérives thermiques et des linéarisations du signal) et la nécessaire réduction du coût d’interfaçage avec l’organe de traitement (conduisant à une numérisation et au contrôle d’un bus de communication) imposent d’associer au capteur proprement dit une électronique comportant des circuits analogiques et numériques. L’ensemble constitue un capteur intelligent.
La problématique du capteur peut alors se résumer dans les objectifs :
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réduction du coût ;
-
compatibilité avec les circuits électroniques ;
-
miniaturisation.
Les techniques de la microélectronique apportent une réponse basée sur la nature collective des procédés (d’où les faibles coûts), la réduction des dimensions et les possibilités de réalisation sur un même support du capteur et de son électronique.
Il faut souligner que l’aspect fédérateur de ces techniques est essentiel ; du fait de leur grande diversité et des marchés encore faibles, les capteurs ne peuvent justifier un investissement de production spécifique qui ne pourrait être amorti. Il est fondamental, et cela au détriment des performances, de s’accommoder des moyens de production déjà maîtrisés.
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1. Matériaux de la microélectronique
L’intérêt de la microélectronique pour la technologie des capteurs se situe surtout dans l’exploitation des procédés et des équipements associés. Évidemment, l’utilisation de ces techniques passe par une compatibilité aussi bien au niveau des formes des pièces à traiter (substrat plan d’épaisseur calibrée en forme de disque…) qu’au niveau des matériaux. Chaque fois que cela est possible, on utilise des matériaux déjà connus et maîtrisés dans l’industrie du semi-conducteur. Il faut signaler, en ce qui concerne les films minces, que les propriétés mécaniques et électriques dépendent souvent beaucoup des procédés de dépôt et des traitements thermiques postérieurs.
1.1 Silicium
Le silicium est le matériau de base de l’industrie microélectronique. Si ses propriétés électroniques sont connues et exploitées de longue date pour la réalisation de composants semi-conducteurs, ses caractéristiques mécaniques suscitent un intérêt depuis les années 1970 en relation avec la fabrication de structures rigides ou flexibles qui interviennent dans le fonctionnement de nombreux types de capteurs.
HAUT DE PAGE
La structure cristalline du silicium est du type diamant, c’est-à-dire composée de deux réseaux cubiques à faces centrées décalés (figure 1). Un plan cristallin noté
correspond à un plan passant par les points a / h , a / k ,
où a est la dimension de l’arête de la maille élémentaire. Les plans (100), (110) et (111) jouent des rôles essentiels dans les gravures anisotropes ...
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Matériaux de la microélectronique
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