Capteurs MEMS - Techniques de mesures

1 - Différents types de mesure

• 1.1 - Accélération
  Figure 1 - Principe de l’accélérométre statique Figure 2 - Principe d’un système résonant et son schéma électrique équivalent Figure 3 - Principe de l’accéléromètre résonant et son schéma électrique équivalent
• 1.2 - Rotation
  Figure 4 - Effet Coriolis Figure 5 - Microgyromètre électrostatique
• 1.3 - Pression
  Figure 6 - Déformation d’une membrane sous l’effet d’une différence de pression Figure 7 - Position des jauges piézorésistives Figure 8 - Membrane pour détection capacitive
• 1.4 - Acoustique
• 1.5 - Chimique
  Figure 9 - Microcapteur de gaz [3] Figure 10 - Membranes réalisées par micro-usinage en surface [4] Figure 11 - Dessin d’une structure et vue en coupe (source : AERECO – ESIEE) Figure 12 - Zoom sur une puce, boîtier et câblage (source : AERECO – ESIEE) Figure 13 - Réponse du capteur à 200 ppm de CO (source : AERECO) Figure 14 - Microcolonnes de séparation pour la chromatographie (source : Schlumberger-ESIEE) Figure 15 - Schéma de principe d’un capteur catalytique Figure 16 - Structure du capteur [16] Figure 17 - Capacité différentielle d’un capteur en réponse à 0-1 atm d’hydrogène à 72 °C Figure 18 - Structure du capteur Figure 19 - Déflexion d’une micropoutre soumise à la présence de vapeurs chimiques Figure 20 - Spot obtenu sur le capteur CCD et réponse obtenue pour le toluène Figure 21 - Micropoutres – Illustration des piézorésistances et de la piste conductrice (source : ESIEE) Tableau 1
• 1.6 - Capteurs magnétiques
  Figure 22 - Effet Hall dans un échantillon long Figure 23 - Structure interne d’un capteur à effet Hall évolué Figure 24 - Géométrie d’un capteur magnétorésistif anisotropique Figure 25 - Constitution de la structure dite « Barber Pole » Figure 26 - Schéma de la conduction dans un multicouche montrant la résistance plus ou moins importante suivant l’orientation de la magnétisation de la couche par rapport à l’orientation du spin de l’électron Figure 27 - Schéma interne d’une GMR Figure 28 - Configuration de base du magnétomètre Figure 29 - Principe de la méthode de décalage des impulsions Figure 30 - Bobinage en trois dimensions et l’ASIC nécessaire à sa commande [21] Tableau 2 Tableau 3

2 - Exemples et applications industrielles

• 2.1 - Accéléromètres
  Tableau 4
• 2.2 - Gyromètres
  Tableau 5
• 2.3 - Capteurs de pressions
  Tableau 6
• 2.4 - Microphones
  Tableau 7
• 2.5 - Exemples de capteurs à effet Hall
  Figure 31 - Synoptique d’un capteur à effet Hall type 2SA-10 Figure 32 - Capteur HMC 1001 Figure 33 - Layout du capteur Philips KMZ 51
• 2.6 - Capteurs chimiques
  Figure 34 - Capteurs sur silicium micro-usiné et boîtier associé [22] Figure 35 - Réponses d’un capteur au CO et au NO2 Figure 36 - Circuit de mesure de la résistance du capteur, R S Figure 37 - Capteur à oxyde métallique individuel et en réseau [23] Figure 38 - Capteur pour la détection de CO et d’hydrocarbures (MiCS 5524) [24] Tableau 8 Tableau 9

3 - Perspectives pour les microcapteurs

• 3.1 - Aspect réseaux de capteurs
• 3.2 - Nanotechnologies
  Figure 39 - Nanorésonateur (épaisseur 160 nm) (collaboration CEA-LETI & CALTECH) [29] Figure 40 - Nano-accéléromètre et mesure C-V (CEA-LETI, projet européen MIMOSA) [29]

4 - Conclusion