Le test et la calibration des MEMS sont des enjeux complexes à cause de leur nature multi-domaines. Ils nécessitent l'application de stimuli physiques, en utilisant des équipements de test coûteux, afin de tester et de calibrer leurs spécifications. L'objectif de cette thèse est de développer des méthodes alternatives et purement électriques pour tester et calibrer un accéléromètre MEMS convectif. Premièrement, un modèle comportemental du capteur est développé et validé en se basant sur des simulations FEM. Il inclut l'influence de tous les paramètres géométriques sur la sensibilité du capteur. Deuxièmement, le modèle est utilisé pour simuler des fautes dans le but d'identifier la corrélation qui peut exister entre la sensibilité du capteur à l'accélération et certains paramètres électriques. Troisièmement, cette corrélation est exploitée pour développer des méthodes de test et de calibration alternatives où la sensibilité est estimée en effectuant uniquement des mesures électriques et sans appliquer de stimuli physiques (accélérations). L'efficacité de ces méthodes est ainsi démontrée. Finalement, deux architectures permettant l'auto-test et l'auto-calibration sur puce sont proposées. / MEMS test and calibration are challenging issues due to the multi-domain nature of MEMS devices. They therefore require the application of physical stimuli, using expensive test equipments, to test and to calibrate their specifications. The main objective of this thesis is to develop alternative electrical-only test and calibration procedures for MEMS convective accelerometers.First, a behavioral model that includes the influence of sensor geometrical parameters on sensitivity is developed and validated with respect to FEM simulations. Second, the model is used to perform fault simulations and to identify correlation that may exist between device sensitivity to acceleration and some electrical parameters. Third, this correlation is exploited to develop alternative test and calibration methods where the sensitivity is estimated using only electrical measurements and without applying any physical stimulus (acceleration). The efficiency of these methods is demonstrated. Finally, two architectures that allow on-chip test and calibration are proposed.

Des capteurs MEMS variés peuvent être fabriqués dans une technologie CMOS standard associée à une ou plusieurs étapes de gravure supplémentaires. Dans ce contexte, le micro-usinage du substrat par la face avant permet la fabrication de capteurs résistifs bas coût, basés sur des effets piezorésistifs ou thermiques, mais non optimaux en terme de bruit et de consommation. Cependant, au lieu d'envisager une optimisation technologique du procédé, ce travail s'est plutôt concentré sur le design du capteur et de son interface électronique afin d'améliorer les performances ci-dessus. L'objet de cette thèse est un accéléromètre convectif 3 axes basé sur une topologie initialement prévue pour des mesures suivant 2 axes, dans le plan de la puce, et utilisant une mesure de température différentielle. La mesure de l'accélération dans la direction perpendiculaire au plan de la puce, sans ajouter de structure supplémentaire, est donc étudiée ainsi que l'interface électronique associée. L'originalité de la mesure suivant ce 3ème axe réside dans la mesure de la température de mode commun de la structure existante. Cette étude est réalisée par l'intermédiaire de modélisations multi-physiques et électriques du capteur, de la conception et de la simulation de l'interface électronique et enfin de la caractérisation d'un prototype complet. / In the field of MEMS, various sensors can be manufactured using a standard CMOS technology and subsequent etching techniques. In this context, The Front-Side Bulk Micromachining (FSBM) approach allows the fabrication of low-cost resistive transducers based on either piezoresistive or thermal effects. Nevertheless, such fabrication method leads to non-optimized devices in terms of noise and power consumption. Instead of constraining fabrication technology, and in order to keep fabrication costs as low as possible, this work focuses on sensor design and electronic interfaces to address both issues. In this thesis, the device under study is a 3-axis CMOS thermal accelerometer. The sensor is based on a topology that was primarily introduced for 2-axis measurements only (in-plane acceleration, xy), using differential voltage across sensing thermistors. This work addresses the overall sensing performance by using dedicated front-end electronic and also investigates an opportunity to measure out-of-plane acceleration without the requirement of an additional device. The third axis (z) is provided by measuring a shift in the common-mode temperature, which is clearly an original approach. The study is carried out by means of both physical and electrical modeling of the transducer, electronic design and simulation, and prototype characterization.