Microsystèmes - Définitions, principes et technologies

Le concept de microsystème est né, à la fin des années 1980 aux États-Unis, des actions conduites à l’université de Berkeley pour intégrer, sur une même puce de silicium, des capteurs, le traitement du signal associé et des actionneurs. La nouveauté tenait à l’époque à l’intégration des actionneurs électrostatiques sous forme de moteurs rotatifs ou linéaires. Ce concept a très rapidement suscité un vif intérêt dans le monde industriel avec des perspectives d’intégration et de fabrication collective à moindres coûts. De nombreux exemples de réalisations ont été explorés, et plusieurs générations de produits ont été commercialisées à partir des années 1990-2000, depuis les accéléromètres des airbags de voiture en passant par les têtes d’impression à jet d’encre, les micromiroirs des vidéoprojecteurs, puis les microcommutateurs et les filtres pour les télécoms ou les puces microfluidiques.

Ces nouveaux dispositifs se sont appelés MEMS ( Micro Electro Mechanical Systems ) aux États-Unis, micromachines au Japon et MST ( MicroSystems Technologies ) en Europe, ou simplement microsystèmes en France. Un atout majeur est de combiner la microélectronique et les technologies de fabrication dans une conception unique.

L’article qui suit commence par des éléments de contexte autour de la naissance de ce concept de microsystèmes, avec quelques exemples illustratifs, puis donne les définitions et les principaux principes de fonctionnement permettant leur conception. Il décrit les fonctions de base disponibles en termes de capteurs (micromécaniques, chimiques et biochimiques, optiques, magnétiques...), et d’actionneurs (électrostatiques, piézoélectriques et électromagnétiques…). Il présente ensuite les procédés de fabrication, en particulier ceux spécifiques aux microsystèmes, jusqu’aux aspects de mise en boîtier. Il décrit les technologies de base de fabrication en explicitant en quoi elles s’inspirent de la microélectronique et sur quels points elles apportent de la nouveauté. Un certain nombre d’applications sont proposées pour illustration tout au long de l’article.