Une solution pertinente afin d'alimenter des capteurs isolés consiste à récupérer l'énergie disponible dans leur environnement immédiat. Parmi les sources d'énergie envisageables, notre choix s'est porté sur les vibrations mécaniques ambiantes. Notre contribution porte sur l'étude et la réalisation, par un procédé de fabrication collective, d'un transducteur électrostatique sans électrets en technologie MEMS Silicium. Nous proposons une étude analytique permettant d'optimiser l'efficacité du générateur électrostatique, tout en considérant une limite sur la tension maximale aux bornes du transducteur afin de ne pas endommager le circuit de conditionnement. Le design proposé prend également en compte d'éventuelles variations de l'amplitude des vibrations externes. Le dispositif a été fabriqué au sein de ESIEE Paris et présente un volume total de moins de 100 mm3.Les tests expérimentaux ont montré un comportement fortement non-linéaire de la structure. Nous avons obtenu une conversion d'énergie mécanique en énergie électrique correspondant à une puissance maximale de 2.3 μW à 260 Hz, pour une accélération de 1 g et à une pression de 0.15 Torr, lorsque le système est pré-chargé avec une tension de 10 V. Une fois implémenté dans un circuit de pompe de charge et pour les mêmes conditions d'accélération et de pression, le système peut fonctionner en complète autonomie pendant plus de 500 secondes pendant lesquelles la puissance délivrée varie de 1.4 μW à 940 nW avec une tension de pré-charge de 10.6 V / A relevant solution to power isolated sensors is to harvest the energy available in their immediate environment. Among the possible sources of energy, our choice was made on ambient mechanical vibrations. We have designed and fabricated a silicon-based and batch-processed MEMS electrostatic transducer which does not use an electret. We present an analytical method to optimize the efficiency of the electrostatic generator, while a voltage limitation on the transducer's terminal is set to prevent any damage in the conditioning electronics. The proposed design also takes into account some possible variations in the amplitude of external vibration. The device was fabricated in ESIEE Paris and its volume is less than 100 mm3. The device was tested experimentally and exhibits a strong non-linear behavior. We obtained a conversion of mechanical energy into electrical energy corresponding to a power of 2.3 μW at 260 Hz, with an acceleration of 1 g and a pressure of 0.15 Torr, when the system is pre-charged with a voltage of10 V. When the device is implemented in a charge pump circuit and under the same parameters of acceleration and pressure, the system can operate in autonomous mode for more than 500 seconds during which the output power varies from 1.4 μW to 940 nW when the pre-charge voltage is 10.6 V

A l’échelle micro-nanométrique, la fiabilité et la durée de vie des microsystèmes (MEMS),généralement réalisés en silicium, sont fortement affectées par les effets de frottement, d’adhesion,d’usure... L’objectif de ce travail est d’étudier les mécanismes de frottement et d’usure sur deswafers de silicium. Le comportement micro-nanotribologique de monocouches auto-assemblées(SAMs) d’alkyltrichlorosilane, déposées sur des wafers de silicium de différentes orientationscristallographiques – i.e, Si(100), Si(111) et Si(110), a été étudié à l’aide d’un nanotribomètre. Lesparamètres modifiés au cours de l’étude sont les suivants : la longueur de la chaîne, les paramètrestribologiques (charge normale, vitesse de glissement, distance de glissement, taux d’humidité relativeet température du substrat) et les propriétés de surface du silicium (orientation cristallographique,topographie). Les résultats expérimentaux montrent que le comportement nanotribologique desmonocouches greffées sur des substrat polis est influencé par l’homogénéité du film et la fractiond’aire qu’il couvre. Ces deux paramètres étant contrôlés par le temps d’immersion et l’orientationcristallographique du substrat. La topographie du silicium a également été modifiée de manièreà créer des motifs périodiques (microstructure par DRIE). Le comportement tribologique de cessurfaces revêtues d’OTS est contrôlé par les variations des propriétés physico-chimiques dessurfaces et la fragilité de la microstructure. Pour s’affranchir des problèmes de fragilité, des motifsstructurés à l’échelle nanométrique sont réalisés par nano-impression. / At micro and nanoscale, fiability and durability of micromechanical devices (MEMS), usuallymanufactured of silicon, are strongly affected by the friction effects, adhesion, wear... The aim ofthis work is to study the mechanisms of friction and wear of silicon wafers. Micro/nanotribologicalstudy of self-assembled monolayers (SAMs) derived from n-alkyltrichlorosilanes deposited on siliconwafers displaying various crystallographic orientations – i.e, Si (100), Si (111) and Si (110) – hasbeen conducted using a nanotribometer (ball-on-disc). The parameters that have been varied are: the alkyl chain length, the tribological parameters (normal load, sliding velocity, sliding distance,relative humidity level and substrat’s temperature) and surface characteristics of the silicon substrates(crystallographic orientation, roughness). On smooth silicon substrats, experimental results show thatthe tribological behaviour of SAMs is control by the film’s homogeneity and the surface coverageof the monolayer in connection with the time immersion and the crystallographic orientation of thesubstrate. The topography of silicon was also modified by changing the microstructure by DRIE inorder to create periodic patterns. The tribological behavior of OTS SAM grafted on microstructuredsurfaces was controlled by the changes in physico-chemical properties and the fragility of thepatterns. To overcome the problems of fragility of these surfaces, patterns at the nanoscale areachieved by nanoimprint.

Les fonctions magnétiques sont aujourd'hui omniprésentes dans les systèmes Lab-on-Chip. Une découverte surprenante est que tandis que la recherche Lab-on-Chip se concentre sur la miniaturisation, les fonctions magnétiques sur puce sont généralement assurées par des aimants centimétriques. Comparés à ces aimants centimétriques, les champs générés par les micro-aimants bénéficient de lois d'échelle conduisant à des gradients de champ considérablement amplifiés et donc à des forces magnétiques proportionnellement accrues. Le but de cette thèse était de démontrer le potentiel des Lab-on-Chips à base de micro-aimants. Les micro-aimants haute performance ont été intégrés avec succès dans les matériaux Lab-on-Chip les plus pertinents, y compris le polymère, le silicium et le papier. Nous avons étudié des fonctions sur puce basées sur l'interaction de structures mécaniques et de micro-aimants actionnés par des gradients magnétiques, des forces et des couples. Enfin, nous avons simulé, fabriqué et testé une variété de nouvelles puces couvrant un large champ d'applications telles que les études cellulaires-mécaniques, la magnétophorèse, la manipulation de fluides sur puce et le diagnostic auprès du patient. Nous concluons que les micro-aimants intégrés présentent un grand potentiel pour les applications de laboratoire sur puce et devraient être plus largement exploités. / Magnetic functions are nowadays ubiquitous in Lab-on-Chip systems. A surprising finding is that while Lab-on-Chip research focalizes on miniaturization, on-chip magnetic functions are usually driven by centimetric magnets. Compared to those centimetric magnets, fields generated by micro-magnets benefit from scaling laws leading to dramatically increased field gradients and thus proportionally improved magnetic forces. The aim of this thesis was to demonstrate the potential of micro-magnet based Lab-on-Chips. High-performance micro-magnets were successfully integrated in the most relevant Lab-on-Chip materials including polymer, silicon and paper. We studied on-chip functions based on the interaction of mechanic structures and micro-magnets actuated by magnetic gradients, forces and torque. Finally, we simulated, fabricated and tested a variety of new chips covering a large field of applications such as cell-mechanics studies, magnetophoresis, on-chip fluid handling and Point-of-Care diagnostics. We conclude that integrated micro-magnets show great potential for lab-on-chip applications and should be more widely exploited.

Les systèmes électroniques actuels intègrent de plus en plus de fonctionnalités nécessitant l'intégration de capteurs très variés. Ces systèmes hétérogènes sont complexes à intégrer notamment lorsque différentes technologies de fabrication sont nécessaires pour les capteurs.Les technologies de fabrication de MEMS avec un procédé CMOS-FSBM offrent un coût de production réduit et permettent d'intégrer sur un même substrat différents types de capteurs (magnétomètres et accéléromètres notamment). Ce procédé de fabrication implique cependant une détection résistive des capteurs avec tous les problèmes qui lui sont associés (faible sensibilité, offset important, bruit de l'électronique). A travers la réalisation de la première centrale inertielle sur une puce, cette thèse renforce l'intérêt d'une approche « CMOS-MEMS » pour la conception de systèmes multi-capteurs. Le système est basé sur une mesure incomplète du champ magnétique terrestre (axes X et Y) et sur la mesure complète du champ gravitationnel. Une électronique de conditionnement des capteurs performante a été développée adressant les principaux problèmes relatifs à une détection résistive permettant ainsi une optimisation de la résolution de chaque capteur. Enfin, deux algorithmes ont été développés pour la détermination de l'attitude à partir de la mesure des cinq capteurs montrant la faisabilité et l'intérêt d'un tel système. / Current electronic systems integrate more and more applications that require the integration of various kinds of sensors. The integration of such heterogeneous systems is complex especially when sensor fabrication processes differ from one to another. MEMS manufacturing processes based on CMOS-FSBM process promote a low-cost production and allow the integration of various types of sensors on the same die (e.g., magnetometers and accelerometers). However, this manufacturing process requires that sensors make use of resistive transduction with its associated drawbacks (low sensitivity, offset, electronic noise). Through the design and the implementation of the first inertial measurement unit (IMU) on a chip, this thesis demonstrates the interest of a “CMOS-MEMS” approach for the design of multi-sensor systems. The IMU is based on the incomplete measurement of the Earth magnetic field (X and Y axis) and the complete measurement of the gravity. An efficient front-end electronic has been developed addressing the most important issues of resistive transduction and thus allowing an optimization of sensor resolution. Finally, two attitude determination algorithms have been developed from the five sensor measurements showing the feasibility and the interest of such a system.

La plupart des capteurs inertiels MEMS commerciaux comportent une masse d’épreuve et des moyens de transductions issus d’une même couche de silicium. Il en découle des compromis forts, notamment pour la détection capacitive : une couche épaisse permet d’augmenter la masse et donc de réduire le bruit brownien; inversement, une couche fine permet de réduire la taille des entrefers entre les électrodes, d’obtenir une variation de capacité plus importante, et donc de réduire la contribution du bruit électronique. Plusieurs composants MEMS multicouches ont déjà été réalisés et rapportés dans la littérature, mais aucun n’a cherché à augmenter la densité capacitive tout en réduisant le bruit thermomécanique. Pourtant, la disparition du compromis lié au procédé monocouche permet d’atteindre les hautes performances nécessaires aux applications émergeantes, en conservant la surface d’un capteur grand public.Cette thèse présente des accéléromètres multicouches à détection dans le plan et hors plan. Le procédé de fabrication combine une couche épaisse, dédiée à la réalisation de grandes masses d’épreuve, et une couche fine, permettant d’obtenir de fortes densités capacitives. Ces deux avantages, combinés à une détection par variation de surface, permettent d’obtenir une résolution de l’ordre du µg/rtHz, une grande gamme dynamique, tout en conservant une taille réduite. Le dimensionnement des capteurs a cherché à maximiser la gamme dynamique et minimiser le bruit en partant d’une taille fixée. D’abord analytique, il a été validé par des simulations par éléments finis.Le procédé de fabrication VLSI a été appliqué à des plaques 200mm. Plusieurs points critiques ont été rencontrés, notamment la surgravure des fonds de tranchée (notching). Combinée à la disparité de vitesse de gravure, elle a entrainé la destruction de beaucoup de capteurs hors plan. Ce problème a été résolu en amincissant la couche épaisse, entrainant une légère perte de performances.Les capteurs ont été caractérisés sur plaque (capacité statique, fréquence de résonance), puis au niveau puce (sensibilité, niveau de bruit, gamme dynamique). Ces dernières mesures ont nécessité le développement d’une électronique dédiée, à partir de composants discrets.Les accéléromètres dans le plan présentent une capacité statique et une fréquence de résonance très proches de la théorie. Ils atteignent une résolution de 8µg/rtHz pour une gamme dynamique de l’ordre de 160g. Cette dynamique de 145dB est fournie par un composant de seulement 0.24mm² ; elle est 100 fois plus élevée que la dynamique d’un composant grand public de même taille. De plus, la bande passante est importante et le capteur est lu en boucle ouverte.Les accéléromètres hors-plan présentent une forte fréquence de résonance, au-delà de 8kHz. La masse sismique plus fine, combinée à des ressorts plus larges, explique ce décalage par rapport au dimensionnement initial. Malgré la réduction de sensibilité induite, les capteurs présentent une résolution de 50 à 80µg/rtHz. L’encombrement est faible (jusqu’à 0.22mm²) et la gamme dynamique a été évaluée à plus de 200g. Dans le futur, des corrections de design et des améliorations dans le procédé de fabrication permettront d’utiliser l’épaisseur initialement prévue, afin d’harmoniser les performances avec celles de l’accéléromètre dans le plan et d’obtenir un accéléromètre 3-axes hautes performances.Ce type de capteurs pourrait jouer un grand rôle dans les applications émergentes en fournissant une bonne stabilité, un faible bruit et une grande gamme dynamique, tout en conservant l’empreinte d’un capteur grand-public.Ce nouveau procédé de fabrication montre donc déjà un gros potentiel à travers les premiers composants réalisés, mais ouvre également de nouvelles possibilités en termes de design. Dans le futur, il pourrait servir de plateforme technologique pour les capteurs inertiels, notamment les gyromètres, mais aussi pour les actionneurs, comme les micro-miroirs. / In the vast majority of commercial MEMS inertial sensors, both seismic mass and sensing elements are patterned in the same silicon layer. This sets stringent design trade-offs, in particular for a capacitive sensor: a large silicon thickness increases seismic mass and decreases the Brownian noise floor. A low silicon thickness on the other hand, allows smaller gaps between electrodes, higher capacitance variation and lower electrical noise floor. For this reason, several examples of multi-layer MEMS devices were presented in the past. Yet, increasing capacitance density while reducing mechanical noise floor has not been achieved so far. Breaking the single-layer trade-off could enable new emerging applications that require high-performance sensors within a consumer size.In this work, multi-layer, in-plane and out-of-plane accelerometer are presented. Thanks to the multi-layer process the devices can feature a thick layer for large inertial mass, as well as a thin layer for high capacitive density. These aspects, together with surface-variation detection, allow to obtain µg/√Hz resolution and large full-scale while keeping compact size.The sensors are designed through analytical modeling and finite elements method simulations in order to reach the highest dynamic range with the lowest noise at given footprint.Few critical aspects were encountered during the fabrication of the sensors, especially for out-of-plane accelerometers. The notching of the thick-layer etching coupled to the strong lag effect caused most of the z-axis sensors to fail. This forced a reduction of the process thickness and relative loss of performance for this type of sensors.The characterization of the sensors is performed both at wafer-level (static capacitance, resonance frequency) and at die level (scale factor, noise-floor, full-scale). The die-level measurements are carried out with a dedicated electronic circuit implemented with discrete components, developed during this work.In-plane accelerometers showed static capacitance and resonance frequency in line with theory. They achieved resolution smaller than 8 µg/rtHz and full scale in the order of 160g. These aspects together lead to a dynamic range of more than 145dB (BW=1Hz) for a device with a footprint of only 0.24 mm². This it more than 100 times larger than the DR of consumer device of similar size. These results are achieved while keeping a large bandwidth and working with an open-loop readout.Out-of-plane sensors showed resonance frequency higher than expected due to fabrication tolerances. The devices had both smaller mass and thicker springs explaining the observed mechanical behavior. Despite the loss of scale factor due to the larger resonance frequency, these sensors achieved resolution ranging from 50-80 µg/rtHz. Again, such performance was obtained while keeping large resonance frequency (>8 kHz), small footprint (down to 0.22 mm²) and a potential full-scale of more than 200g. In the future, design corrections and process improvement could lead to device with thicker inertial layer, aligning the performance of out-of-plane sensors to those of in-plane ones and leading to a high-performance 3-axis accelerometer.This type of sensor could address the demand of emerging applications for high-stability, low-noise and large DR accelerometers within consumer footprint.Finally, the proposed technology offers a fabrication platform for inertial MEMS sensors and actuators. New design possibilities and great potentialities have been demonstrated with the first fabricated accelerometers. In the future this new concept could be applied to several other types of MEMS, like gyroscope or micro-mirrors.

Este trabalho, desenvolvido junto ao Grupo de Novos Materiais e Dispositivos (GNMD) pertencente ao Laboratório de Microeletrônica (LME) da Universidade de São Paulo, apresenta a modelagem de um defasador passivo miniaturizado com baixas perdas para aplicações em ondas milimétricas (mmW-milimeter waves). Este defasador é baseado em um conceito inovador utilizando sistemas micro-eletromecânicos (MEMS) distribuídos e linhas de transmissão coplanares de ondas lentas. Este conceito é proposto no projeto Jovem Pesquisador FAPESP (Processo no. 2011/18167-3), ao qual este projeto está vinculado. A defasagem neste tipo de dispositivo é conseguida pela liberação das fitas da camada de blindagem de uma linha de transmissão tipo S-CPW (Shielded-Coplanar Waveguide). As fitas liberadas podem ser movimentadas eletrostaticamente, o que praticamente não consome energia. Este projeto pretende projetar um defasador para fabricação com a tecnologia do Laboratório de Microeletrônica da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Adicionalmente, este trabalho apresenta resultados experimentais de um processo de fabricação IN-HOUSE baseado na metodologia de integração por flip-chip. A tecnologia de integração implementada é baseada na soldagem de um chip sobre um substrato, no qual são construídos uma nova geração de pilares de cobre finos, cujo espaçamento entre pilares é menor que 100 ?m. Essa redução nas dimensões pode ser usada com a nova geração de dispositivos de comunicações na faixa das mmW. Em termos de fabricação, foram obtidos pilares de cobre altamente miniaturizados com uma altura significativa e uniforme que permite a integração com o chip. Além do mais, os resultados obtidos representam avanços significativos no processo de fabricação que será usado como tecnologia de integração híbrida em um interposer baseado em substrato de alumina nanoporosa (MnM-Metallic Nanowire Membrane). Esse interposer desempenha um papel indispensável no GNMD, já que atualmente estão sendo estudadas suas propriedades elétricas e já foram construídos dispositivos sobre o substrato com resultados promissores. / This work, performed at the New Materials and Devices Group (GNMD) of the Microelectronics Laboratory of the Polytechnic School of the University of São Paulo, presents the modeling of a miniaturized passive phase shifter with low losses for applications in millimeter waves. It is based on an innovated concept, which uses distributed MEMS phase shifters and slow-wave coplanar wave guides. Such concept is proposed under the FAPESP Youth Researcher project (Process number 2011/18167-3). The phase shifter on this kind of device is achieved by releasing the shielding layer of the Shielded-Coplanar Waveguide. The released ribbons are electrostatically displaced, which does not consume energy. The aim of this project is to design a phase shifter for fabrication with the technology available at the Microelectronics Laboratory. Additionally, this work presents experimental results of a flip-chip fabrication process. This technology is based on next generation of fine pitch copper pillar bumping, with pillar pitch of less than 100 ?m that support next generation of communication devices at the millimeter wave frequency range. From the fabrication point-of-view, highly miniaturized copper pillars with appropriate thicknesses were obtained. Furthermore, the results obtained represent a significant advance in the fabrication process that will be used as a hybrid integration technology on an interposer based on a nanoporous alumina substrate (MnM-Metallic Nanowire Membrane).

Bien que les dimensions caractéristiques des systèmes électroniques aient été réduites aux micro- ou nano-échelles, leur performance reste très sensible à des facteurs extérieurs. Les variations lors du processus de fabrication des microsystèmes et celles dans leurs conditions de fonctionnement (température, humidité, pression) sont la cause habituelle de ces dispersions. Par conséquent, il est important de co-intégrer des routines de self-test ou d'auto-ajustement pour ces micro-dispositifs. La plupart des méthodes d'estimation des paramètres du système existantes sont fondées sur la mise en œuvre de mesures numériques haute résolution de la sortie du système. Leur mise en œuvre nécessite ainsi un long temps de conception et une grande surface de silicium, ce qui augmente le coût de ces micro-dispositifs. Les méthodes d'estimation de paramètres basées sur les observations binaires ont été présentées comme des méthodes d'identification alternatives, nécessitant seulement un Convertisseur Analogique-Numérique (CAN) 1-bit.Dans cette thèse, nous proposons une nouvelle méthode d'identification récursive pour le problème d'estimation des paramètres à partir des observations binaires. Un algorithme d'identification en ligne avec de faibles besoins de stockage et une complexité algorithmique réduite est introduit. Nous prouvons la convergence asymptotique de cette méthode sous certaines hypothèses. Ensuite, nous montrons par des simulations de Monte-Carlo que ces hypothèses ne doivent pas nécessairement être respectées dans la pratique pour obtenir une bonne performance de la méthode. De plus, nous présentons la première application expérimentale de cette méthode dédiée au self-test de MEMS intégrés. La méthode de «Built-In Self-Test» en ligne proposée est très intéressante pour le self-test de capteurs, car elle nécessite des ressources faibles de stockage, un seul CAN 1-bit et un seul CNA 1-bit qui peut être facilement mis en œuvre dans une petite surface de silicium avec une consommation réduite d'énergie. / While the characteristic dimensions of electronic systems scale down to micro- or nano-world, their performance is greatly influenced. Micro-fabrication process or variations of the operating situation such as temperature, humidity or pressure are usual cause of dispersion. Therefore, it seems essential to co-integrate self-testing or self-adjustment routines for these microdevices. For this feature, most existing system parameter estimation methods are based on the implementation of high-resolution digital measurements of the system's output. Thus, long design time and large silicon areas are needed, which increases the cost of the micro-fabricated devices. The parameter estimation problems based on binary outputs can be introduced as alternative self-test identification methods, requiring only a 1-bit Analog-to-Digital Converter (ADC) and a 1-bit Digital-to-Analog Converter (DAC).In this thesis, we propose a novel recursive identification method to the problem of system parameter estimation from binary observations. An online identification algorithm with low-storage requirements and small computational complexity is derived. We prove the asymptotic convergence of this method under some assumptions. We show by Monte Carlo simulations that these assumptions do not necessarily have to be met in practice in order to obtain an appropriate performance of the method. Furthermore, we present the first experimental application of this method dedicated to the self-test of integrated micro-electro-mechanical systems (MEMS). The proposed online Built-In Self-Test method is very amenable to integration for the self-testing of systems relying on resistive sensors and actuators, because it requires low memory storage, only a 1-bit ADC and a 1-bit DAC which can be easily implemented in a small silicon area with minimal energy consumption.

Le sujet de thèse porte sur des micro/nanorésonateurs ainsi que leurs électroniques de lecture. Les composants mécaniques sont utilisés pour mesurer des masses inférieures à l'attogramme (10-18 g) ou de très faibles concentrations de gaz. Ces composants peuvent ensuite être mis en réseau afin de réaliser des spectromètres de masse ou des détecteurs de gaz. Afin d'atteindre les résolutions nécessaires, il a été choisi d'utiliser une détection harmonique de résonance détectant les variations de la fréquence de résonance d'une nanostructure mécanique. Les dimensions du résonateur sont réduites afin d'augmenter sensibilité en masse, cependant le niveau du signal électrique en sortie du composant est également réduit. Ce faible signal nécessite donc de concevoir de nouvelles transductions électromécaniques ainsi que des architectures électroniques qui minimisent le bruit, les couplages parasites et qui peuvent être mise en réseau. / The PhD project focuses on micro or nanomechanical resonators and their surrounding electronics environment. Mechanical components are employed to sense masses in the attogram range (10−18 g) or extremely low gas concentrations. The components can then be implemented in arrays in order to construct cutting-edge mass spectrometers or gas chromatographs. To reach the necessary resolutions, a harmonic detection of resonance technique is employed that measures the shift of the resonant frequency of a tiny mechanical structure due to an added mass or a gas adsorption. The need of shrinking the resonator's dimensions to enhance the sensitivity also reduces the signal delivered by the component. The resonator low output signal requires employing new electromechanical resonator topologies and electronic architectures that minimize the noise, the parasitic couplings and that can be implemented in arrays.

Le sujet de thèse porte sur des micro/nanorésonateurs ainsi que leurs électroniques de lecture. Les composants mécaniques sont utilisés pour mesurer des masses inférieures à l'attogramme (10-18 g) ou de très faibles concentrations de gaz. Ces composants peuvent ensuite être mis en réseau afin de réaliser des spectromètres de masse ou des détecteurs de gaz. Afin d'atteindre les résolutions nécessaires, il a été choisi d'utiliser une détection harmonique de résonance détectant les variations de la fréquence de résonance d'une nanostructure mécanique. Les dimensions du résonateur sont réduites afin d'augmenter sensibilité en masse, cependant le niveau du signal électrique en sortie du composant est également réduit. Ce faible signal nécessite donc de concevoir de nouvelles transductions électromécaniques ainsi que des architectures électroniques qui minimisent le bruit, les couplages parasites et qui peuvent être mise en réseau. / The PhD project focuses on micro or nanomechanical resonators and their surrounding electronics environment. Mechanical components are employed to sense masses in the attogram range (10−18 g) or extremely low gas concentrations. The components can then be implemented in arrays in order to construct cutting-edge mass spectrometers or gas chromatographs. To reach the necessary resolutions, a harmonic detection of resonance technique is employed that measures the shift of the resonant frequency of a tiny mechanical structure due to an added mass or a gas adsorption. The need of shrinking the resonator's dimensions to enhance the sensitivity also reduces the signal delivered by the component. The resonator low output signal requires employing new electromechanical resonator topologies and electronic architectures that minimize the noise, the parasitic couplings and that can be implemented in arrays.

Cette étude a été motivée par les nombreux avantages du procédé de micromoulage, qui couple la croissance électrolytique et la localisation du film avec un moule en résine épaisse. Ce procédé permet en effet la réalisation de micro-objets, dont les dimensions sont uniquement dépendantes de la résolution des techniques de lithographie employées pour définir les moules en résine. Le micromoulage permet donc de réaliser des microstructures métalliques et est compatible avec la technologie MEMS. Nous avons mis en évidence l’influence de différents paramètres expérimentaux dans le cadre de l’étude de la croissance électrolytique du samarium-cobalt en solution aqueuse dans une cellule de Hull. Cette étude nous a permis de déterminer plusieurs points de fonctionnement conduisant à des teneurs en samarium et des épaisseurs élevées : jusqu'à 50 % de samarium et plusieurs microns d’épaisseur. En outre, un certain nombre d’hypothèse ont été émises, qui lient le procédé d’élaboration et le mécanisme de croissance. Nous avons aussi réussi a montré qu’il est possible de réaliser des micromotifs de plusieurs microns d’épaisseur contenant un rapport Sm/(Sm+Co) relativement élevé (10 %) et une faible contamination en oxygène (8 %). / This study was motivated by the advantags of micromolding process, which couples the electrolytic growth and location of the film with a thick resin mold. This method makes it possible the achievement of micro-objects, the dimensions of which are only dependent on the resolution of the lithographic techniques used to define the resin molds. The micromolding can therefore produce metal microstructures and is compatible with MEMS technology. We have highlighted the influence of various experimental parameters in the context of the study of the electrolytic growth of samarium-cobalt in aqueous solution in a Hull cell. this study allowed us to identified several operating points resulting in samarium contents and high thicknesses up to 50% of samarium and several microns thick. In addition, a number of hypotheses have been put forward, which link the process of development and growth mechanism. We also successfully showed that it is possible to create micropatterns of several microns thick report containing Sm / (Sm + Co) relatively high (10%) and low oxygen contamination (8%).