Développement de résonateurs électromécaniques ...
Document type :
Thèse
Title :
Développement de résonateurs électromécaniques en technologie Silicon On Nothing, à détection capacitive et amplifiée par transistor MOS, en vue d'une co-intégration permettant d'adresser une application de référence de temps
English title :
Development of electromechanical resonators using a Silicon On Nothing technology, with capacitive and enhanced MOSFET detection, in a perspective of a co-integration to address time reference applications
Author(s) :
Durand, Cédric [Auteur]
STMicroelectronics [Crolles] [ST-CROLLES]
Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 [IEMN]
Laboratoire Composants Microsystèmes [LCMS]
STMicroelectronics [Crolles] [ST-CROLLES]
Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 [IEMN]
Laboratoire Composants Microsystèmes [LCMS]
Thesis director(s) :
Lionel Buchaillot(lionel.buchaillot@isen.iemn.univ-lille1.fr)
Defence date :
2009-01-14
Jury president :
Alain Bosseboeuf (Rapporteur Univ. Paris XI))
Adrian Ionescu (Rapporteur EPFL)
Lionel Buchaillot (Dicrecteur de thèse IEMN/ISEN)
Alain Cappy (Président du jury IEMN)
Pascal Ancey (Membre STMicroelectronics)
Sébastien Hentz (Membre CEA)
Sylvain Paineau (Membre Schneider)
Adrian Ionescu (Rapporteur EPFL)
Lionel Buchaillot (Dicrecteur de thèse IEMN/ISEN)
Alain Cappy (Président du jury IEMN)
Pascal Ancey (Membre STMicroelectronics)
Sébastien Hentz (Membre CEA)
Sylvain Paineau (Membre Schneider)
Jury member(s) :
Alain Bosseboeuf (Rapporteur Univ. Paris XI))
Adrian Ionescu (Rapporteur EPFL)
Lionel Buchaillot (Dicrecteur de thèse IEMN/ISEN)
Alain Cappy (Président du jury IEMN)
Pascal Ancey (Membre STMicroelectronics)
Sébastien Hentz (Membre CEA)
Sylvain Paineau (Membre Schneider)
Adrian Ionescu (Rapporteur EPFL)
Lionel Buchaillot (Dicrecteur de thèse IEMN/ISEN)
Alain Cappy (Président du jury IEMN)
Pascal Ancey (Membre STMicroelectronics)
Sébastien Hentz (Membre CEA)
Sylvain Paineau (Membre Schneider)
Accredited body :
Université des Sciences et Technologie de Lille - Lille I
Doctoral school :
Sciences Pour l'Ingenieur
Keyword(s) :
Résonateur électromécanique
MEMS
NEMS
Technologie Silicon On Nothing
Procédé front-end
Transistor à grille résonante
LRSG MOSFET
Détection par transistor MOSFET
Modélisation électromécanique
Caractérisation RF
Oscillateur MEMS
Intégration in-IC
MEMS
NEMS
Technologie Silicon On Nothing
Procédé front-end
Transistor à grille résonante
LRSG MOSFET
Détection par transistor MOSFET
Modélisation électromécanique
Caractérisation RF
Oscillateur MEMS
Intégration in-IC
English keyword(s) :
Electromechanical resonator
Silicon On Nothing technology
Front-end process
Resonant gate transistor
MOSFET detection
Electromechanical modelling
RF characterization
MEMS oscillator
In-IC integration.
Silicon On Nothing technology
Front-end process
Resonant gate transistor
MOSFET detection
Electromechanical modelling
RF characterization
MEMS oscillator
In-IC integration.
HAL domain(s) :
Sciences de l'ingénieur [physics]/Micro et nanotechnologies/Microélectronique
Sciences de l'ingénieur [physics]/Mécanique [physics.med-ph]
Sciences de l'ingénieur [physics]/Mécanique [physics.med-ph]
French abstract :
Les résonateurs électromécaniques (MEMS), de part leurs bonnes performances, leur petite taille, ou encore leurs possibilités d'intégration au plus proche des transistors, présentent un fort potentiel pour le remplacement ...
Show more >Les résonateurs électromécaniques (MEMS), de part leurs bonnes performances, leur petite taille, ou encore leurs possibilités d'intégration au plus proche des transistors, présentent un fort potentiel pour le remplacement des quartz dans les applications de référence de temps.<br />Dans ce contexte, nous proposons de développer des résonateurs électromécaniques en vue d'une intégration « front-end », pour la réalisation d'oscillateurs intégrés. Ainsi, nous avons fabriqué des démonstrateurs à partir des briques de base de la technologie CMOS Silicon On Nothing, en phase de R&D à STMicroelectronics. Du fait de la petite taille des composants, nous avons utilisé un transistor à grille résonante pour amplifier la détection de la résonance. Ainsi, des développements technologiques spécifiques ont permis de fabriquer les résonateurs et leur transistor de détection. La conception des dispositifs a été réalisée à partir du développement d'un modèle électromécanique des résonateurs. Ce modèle est compatible avec les outils de design et peut alors aider à la conception de l'oscillateur MEMS. Nous avons ensuite montré le bon fonctionnement des résonateurs fabriqués, ainsi que celui de l'amplification induite par la<br />détection MOS. Cette démonstration constitue une première, prouvant la fonctionnalité de la détection MOS pour un composant de petite taille, vibrant dans le plan du substrat. Enfin, nous avons validé le modèle électromécanique à partir d'autres modèles ainsi qu'avec les mesures des composants fabriqués.<br />En termes de perspectives, le recours à diverses améliorations permettrait d'obtenir des dispositifs<br />compatibles avec la réalisation d'un oscillateur performant et co-intégré.Show less >
Show more >Les résonateurs électromécaniques (MEMS), de part leurs bonnes performances, leur petite taille, ou encore leurs possibilités d'intégration au plus proche des transistors, présentent un fort potentiel pour le remplacement des quartz dans les applications de référence de temps.<br />Dans ce contexte, nous proposons de développer des résonateurs électromécaniques en vue d'une intégration « front-end », pour la réalisation d'oscillateurs intégrés. Ainsi, nous avons fabriqué des démonstrateurs à partir des briques de base de la technologie CMOS Silicon On Nothing, en phase de R&D à STMicroelectronics. Du fait de la petite taille des composants, nous avons utilisé un transistor à grille résonante pour amplifier la détection de la résonance. Ainsi, des développements technologiques spécifiques ont permis de fabriquer les résonateurs et leur transistor de détection. La conception des dispositifs a été réalisée à partir du développement d'un modèle électromécanique des résonateurs. Ce modèle est compatible avec les outils de design et peut alors aider à la conception de l'oscillateur MEMS. Nous avons ensuite montré le bon fonctionnement des résonateurs fabriqués, ainsi que celui de l'amplification induite par la<br />détection MOS. Cette démonstration constitue une première, prouvant la fonctionnalité de la détection MOS pour un composant de petite taille, vibrant dans le plan du substrat. Enfin, nous avons validé le modèle électromécanique à partir d'autres modèles ainsi qu'avec les mesures des composants fabriqués.<br />En termes de perspectives, le recours à diverses améliorations permettrait d'obtenir des dispositifs<br />compatibles avec la réalisation d'un oscillateur performant et co-intégré.Show less >
English abstract : [en]
Due to good performances, small size, or either integration possibilities very close to transistors, electromechanical resonators offer a strong potential for quartz replacement in time reference applications.<br />In this ...
Show more >Due to good performances, small size, or either integration possibilities very close to transistors, electromechanical resonators offer a strong potential for quartz replacement in time reference applications.<br />In this context, we propose to develop electromechanical resonators in a perspective of a front-end integration, for the realization of integrated oscillators. The fabricated demonstrators are based on the Silicon On Nothing CMOS technology, under R&D at STMicroelectronics. Due to the small size of the studied components, a resonant gate transistor was used to amplify the resonance detection. Specific technological developments enabled the fabrication of both resonator and detection transistor. Device conception was made by the use of an electromechanical resonator model, developed during the study. Thurthermore, the model is compatible with design tools, making it usefull for MEMS oscillator conception. Then, we demonstrated resonator and MOSFET detection amplification well-functionning on the fabricated devices. This is the first demonstration of MOSFET detection functionality for a small size and in-plane vibrating component. Finally, the electromechanical model was validated with other models and measurements.<br />In terms of perspectives, the use of various design or technology improvements could able the access to<br />devices compatible with the realization of a high perfromances and co-integrated oscillator.Show less >
Show more >Due to good performances, small size, or either integration possibilities very close to transistors, electromechanical resonators offer a strong potential for quartz replacement in time reference applications.<br />In this context, we propose to develop electromechanical resonators in a perspective of a front-end integration, for the realization of integrated oscillators. The fabricated demonstrators are based on the Silicon On Nothing CMOS technology, under R&D at STMicroelectronics. Due to the small size of the studied components, a resonant gate transistor was used to amplify the resonance detection. Specific technological developments enabled the fabrication of both resonator and detection transistor. Device conception was made by the use of an electromechanical resonator model, developed during the study. Thurthermore, the model is compatible with design tools, making it usefull for MEMS oscillator conception. Then, we demonstrated resonator and MOSFET detection amplification well-functionning on the fabricated devices. This is the first demonstration of MOSFET detection functionality for a small size and in-plane vibrating component. Finally, the electromechanical model was validated with other models and measurements.<br />In terms of perspectives, the use of various design or technology improvements could able the access to<br />devices compatible with the realization of a high perfromances and co-integrated oscillator.Show less >
Language :
Français
Source :
Files
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