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. 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 STMicroe!ectronlcs. 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 des 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 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. En termes de perspectives, le recours à diverses améliorations permettrait d'obtenir des dispositifs compatibles avec la réalisation d'un oscillateur performant et co-intégré. / 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. 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. In terms of perspectives, the use of various design or technology improvements could able the access to devices compatible with the realization of a high perfromances and co-integrated oscillator.

Thèse doctorat : Dispositifs de l'Electronique Intégrée : Villeurbanne, INSA : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 135-146.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Microondes et microtechnologies : Lille 1 : 2005. / N° d'ordre (Lille 1) : 3704. Résumé en français et en anglais. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. à la suite de chaque chapitre. Liste des publications.

Thèse de doctorat : Électronique : Lille 1 : 2006. / N° d'ordre (Lille 1) : 3850. Résumé en français et en anglais. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. à la suite de chaque chapitre. Liste des publications et communications.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Microondes et Microtechnologies : Lille 1 : 2004. / N° d'ordre (Lille 1) : 3536. Résumé en français et en anglais. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. à la suite des chapitres. Liste des publications.

Les travaux présentés dans cette thèse sont une contribution à l'étude d'antennes reconfigurables à base de MEMS en intégration hétérogène 3D pour les systèmes de communication millimétriques. Ces travaux de thèse s'inscrivent dans le cadre d'un projet ANR nommé SIPCOM (Intégration hétérogène 3D (System-In-Package) pour objets communicants en gamme millimétrique), qui concerne l'intégration hétérogène d'un microsystème intelligent communicant à 60GHz. Au cours de ce manuscrit, nous proposons la réalisation d'antennes sur membrane selon 3 technologies. Dans un premier temps, une nouvelle technologie simple et bas coût basée sur un empilement de FR4 et de Pyralux ainsi qu'un nouveau concept d'antenne patch sur membrane alimentée par un guide d'onde intégré via une fente de couplage sont présentés. Dans un second temps, ce nouveau concept d'antenne a été adapté afin de pouvoir l'intégrer au module SiP réalisé en technologie Silicium / BCB. Enfin, la troisième technologie basée sur des substrats de quartz permet de démontrer la faisabilité d'une antenne à balayage électronique pour laquelle chaque excitateur est intégré dans le design d'un déphaseur à base de MEMS permettant de s'affranchir des interconnexions par bonding entre le déphaseur et la partie antennaire. / The work presented in this PhD thesis is a contribution for the study of reconfigurable antennas based on MEMS integration for 3D heterogeneous millimeter communication systems. This study falls within the framework of a ANR project named SIPCOM, for heterogeneous integration of smart millimeter communicating systems. During this manuscript, we propose the implementation of membrane antennas with three technological processes. Firstly, a new simple and low cost technology based on FR4 and Pyralux substrates and a new concept of patch antenna fed by integrated waveguide are investigated. In a second time, this new antenna design has been matched in order to be integrated in the SIP module using Silicon/BCB technology. The third technology based on quartz substrates is used to demonstrate the feasibility of an electronic beamscanning antenna for which one each slot feeder is integrated into the design of the MEMS phase shifter to overcome the bonding interconnections between the phase shifter and the antenna.

Compte tenu de la multiplication des standards dans le domaine des télécommunications,l’accordabilité au sein des systèmes est devenue une priorité en termes d’intégration et de coût.Un seul circuit accordable doit ainsi permettre d’adresser plusieurs normes. Dans la gamme deshyperfréquences, en technologie planaire, la fonction accordable (filtre ou antenne) estactuellement un dispositif passif distribué sur lequel sont reportés un ou plusieurs élémentsd’accords. Il est ainsi possible de faire varier au moins une des caractéristiques du dispositif(fréquence centrale et/ou bande passante pour les filtres et fréquence de résonance, diagrammede rayonnement ou mode de polarisation pour les antennes). Le circuit passif étant distribué, pourassurer la propagation de l’onde, un matériau diélectrique faible pertes est généralement utilisé.Cependant, l’ajout d’éléments d’accord engendre des pertes et des perturbations liées au report ducomposant (éléments parasites au niveau de l’interconnexion et des discontinuités composantd’accord-dispositif passif, et de la mise en boitier du composant reporté). Enfin, cette manière deréaliser des fonctions accordables rend peu flexible la conception (dimensions et localisation ducomposant d’accord) et la fabrication (perçage et métallisation pour les vias).Dans ce contexte, nous proposons de co-concevoir des fonctions hyperfréquences accordablessur un substrat semi-conducteur sur lequel il est à la fois possible de réaliser le composantd’accord et le dispositif passif distribué. Cette co-conception du circuit passif et de son élémentd’accord permet d’éliminer toutes les contraintes liées au report de composant, au perçage de viamétallique et apporte une grande flexibilité au niveau du dimensionnement de la zone dopée. Eneffet, elles peuvent être soit localisées soit distribuées. Toutefois, ce concept nécessite que lesupport semi-conducteur soit à la fois compatible à la propagation de l’onde et à la réalisation del’élément d’accord. Ces travaux de thèse ont permis de lever ce verrou en proposant descompromis permettant la réalisation de composants accordables validés par des démonstrateurssur technologie silicium.Au cours de ces travaux, une ligne de transmission micro-ruban et un composant d’accord de typeswitch ont été co-conçus. De très bonnes performances, validées par la mesure, ont été obtenues.De plus, une démarche de co-simulation a été proposée pour prendre en compte les effets semiconducteursdans la simulation électromagnétique.Le concept ayant été validé, il a été ensuite appliqué à des dispositifs accordables relativementsimples afin de montrer le potentiel de cette démarche (en termes de performances et de flexibilitéde conception), tels que des filtres accordables, des guides d’ondes de type SIW (SubstrateIntegrated Waveguide) reconfigurables ou encore des antennes accordables en fréquence. Cestravaux font également apparaître de nombreuses perspectives pour la réalisation de nouvellestopologies de filtres accordables (filtres SIW, interdigités…), d’antennes accordables (enfréquence, en diagramme de rayonnement…) ou de déphaseurs. Enfin, un potentiel a été identifiépour de nouvelles topologies de fonctions accordables en continu à base de jonction de typediodes varactors (composants à capacités variables). / Given the proliferation of standards in telecommunication systems, tunability is becoming a priorityboth in terms of integration and cost. A single tunable circuit needs to be able to work according toseveral different standards. Nowadays, a tunable function (filter or antenna) in planar technology isa passive distributed device to which some active tuning elements are soldered. At least onecharacteristic of the device can therefore be varied (the central frequency and/or the bandwidth inthe case of a filter; or the resonant frequency, radiating pattern or polarization mode in the case ofan antenna). Because passive devices are distributed in order to propagate the electromagneticwave, they are often designed on a dielectric substrate to minimize losses. However, the additionof tuning elements causes some additional losses and disturbances (some parasitic effects canarise due to the packaging or the interconnection and discontinuities between active and passiveparts). Finally, these tunable functions reduce the flexibility of the design (due to the size andlocalization of the active tuning elements) and manufacturing (due to drilling and via metallization).In this context, we propose to co-design tunable microwave functions on a semiconductorsubstrate on which it is possible to build both the tunable element and the passive distributedcomponent. This co-design between the passive and active parts removes the constraints relatedto the tuning elements and drilling of via holes. The concept offers a greater flexibility with regard tothe size of doped areas, allowing them to be either localized or distributed. However, this approachrequires the substrate to be compatible with the propagation of the electromagnetic field and withthe design of the tunable element. The work of this thesis makes it possible to overcome suchobstacles by proposing some tradeoffs allowing the design and the manufacture of tunablemicrowave components in silicon technology, which have been validated by demonstrator circuits.During this work, a microstrip transmission line and a switch were co-designed. Goodperformances were obtained both in simulations and measurements. Moreover, a co-simulationapproach is proposed to take into account the semiconductor effects in electromagneticsimulations.Once validated, this concept was applied to other relatively simple tunable devices to show thepotential of this approach (in terms of performances and design flexibility). Applications includedtunable filters, reconfigurable waveguides (such as SIW: Substrate Integrated Waveguides) andfrequency-tunable antennas. This study showed promising results for the design of new tunablefilter topologies (SIW filters, coupled-line filters), tunable antennas (in resonant frequency orradiation pattern) and phase shifters. Finally, the approach shows potential for continuous tunablefunctions based on varactor diodes (with capacitance variation).

Reproduction de : Thèse de doctorat : Électronique : Lille 1 : 2005. / N° d'ordre (Lille 1) : 3631. Résumé en français et en anglais. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. à la suite de chaque chapitre. Liste des publications.

Ce rapport de synthèse présente l'activité de recherche conduite au LEG par<br />Jean-Christophe Crébier sur intégration monolithique autour et au sein des<br />composants de puissance. La première partie présente les grandes lignes de ce<br />thème de recherche à travers la présentation des activités de recherche passées et<br />en cours et leurs positionnements par rapport à la communauté nationale et<br />internationale, scientifique et industrielles. Deux volets traitent par en particulier<br />des thèmes : auto-alimentation des commande de grille et protection réflexe en<br />tension. L'approche système, le contexte particulier de l'intégration monolithique<br />et les forts couplages de l'activité aux procédés technologiques sont abordés en<br />détails. La seconde partie du document de synthèse présente les perspectives de<br />recherche rattachées à cette thématique. On découvre entre autres les évolutions<br />futures envisagées vis à vis des travaux actuels. En particulier, la vision globale<br />des perspectives intégration de l'environnement électronique du composant de<br />puissance est bien détaillée, depuis l'alimentation, l'amplification de l'étage de<br />commande rapprochée jusqu'aux protections et dispositifs d'interfaçages. Un<br />volet particulier aborde le thème de la conception et plus particulièrement celui<br />de la conception assistée et de la capitalisation en intégration des systèmes de<br />puissance sur silicium.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Électronique : Lille 1 : 2004. / N° d'ordre (Lille 1) : 3451. Résumé en français et en anglais. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. à la suite de chaque chapitre. Liste des publications.