Ce mémoire traite de l'élaboration d'une nouvelle filière technologique pour micro-commutateurs parallèles capacitifs micro-ondes sur membrane diélectrique. Les micro-commutateurs sont des ponts à air métalliques actionnés électrostatiquement et structurés par un micro-usinage de surface. Un micro-usinage de volume est réalisé pour obtenir une membrane sur laquelle les circuits fabriqués sont faibles pertes. Le chapitre I présente le procédé technologique global utilisé. Dans un premier temps nous détaillons les briques de base constituant chacun des procédés des deux faces de la plaquette, la face supérieure pour le micro-commutateur et la face inférieure pour la membrane. La fin de ce chapitre est consacrée à l'optimisation de l'enchaînement de ces deux procédés afin d'assurer une bonne compatibilité technologique de l'ensemble des étapes. Le chapitre II traite de l'analyse mécanique des ponts métalliques. Les modèles analytiques de la littérature concernent en général des ponts plats à encastrements parfaits. C'est pourquoi nous avons tout d'abord exposé les résultats de simulations d'un micro-commutateur suivant différentes configurations. L'analyse de son comportement permet d'anticiper certains problèmes liés à sa conception. Une seconde partie est consacrée à la mesure des raideurs mécaniques de différents modèles de ponts métalliques. A la fin du chapitre nous présentons une méthode permettant d'évaluer le module d'Young et la contrainte initiale moyenne en utilisant les mesures précédemment effectuées. Le chapitre III concerne la caractérisation micro-onde de démonstrateurs. Dans une première partie le comportement des micro-commutateurs est évalué à l'aide d'outils analytiques. Nous pouvons ainsi anticiper les problèmes de réalisation et estimer l'influence de chaque paramètre du micro-commutateur sur son comportement. Une deuxième partie est consacrée aux caractérisations micro-ondes d'un micro-commutateur sur silicium massif et sur membrane. Pour finir, ce dernier est intégré dans un démonstrateur plus complexe lui-même intégré dans un système participant à une tête de réception.

Ces dernières années ont vu l'émergence de nouveaux composants micro-ondes, les micro-commutateurs MEMS RF, possédant des performances très attrayantes pour de nombreux domaines d'application : spatial, automobile, téléphonie mobile& Cependant, une problématique majeure retarde actuellement leur industrialisation : leur fiabilité. Ce manuscrit de thèse a pour but principal de mettre en place les procédures d'investigation de la fiabilité des MEMS RF comprenant le développement des outils matériels et méthodologiques permettant d'analyser et de modéliser les phénomènes régissant la fiabilité de ces composants. Le premier chapitre effectue un état de l'art critique des bancs de tests et des résultats publiés par les laboratoires internationaux travaillant sur la fiabilité des MEMS RF. Le second chapitre détaille le banc de fiabilité développé dans le cadre de nos travaux. Nous présentons les différentes parties le constituant ainsi que les mesures des propriétés des MEMS RF qu'elles permettent d'effectuer en vue d'analyser leur fiabilité. Le troisième chapitre se focalise sur la méthodologie mise en place en vue d'étudier la fiabilité des micro-commutateurs capacitifs. Cette méthodologie est basée sur la détection et l'analyse des modes de défaillance d'une part et sur la modélisation du mécanisme de défaillance d'autre part. Nous proposons ainsi un modèle du chargement du diélectrique, principale cause de défaillance de ce type de composants, et introduisons un facteur de mérite de la fiabilité des MEMS RF permettant une évaluation comparative de leur durée de vie. Dans un quatrième chapitre, nous présentons les trois axes de recherche sur lesquels des études préliminaires ont été effectuées en vue d'améliorer la fiabilité des MEMS RF capacitifs : l'optimisation technologique, l'optimisation de la commande et l'optimisation de la topologie des micro-commutateurs

La mise sur le marché de Micro Systèmes Electro Mécaniques Radio-Fréquences (MEMS RF) est freinée par leurs manques de maturités au niveau du flot de conception, de la mise en boîtier (packaging) et de la fiabilité. Dans ce contexte, nous mettons en évidence, une solution d'assemblage par report d'un capot avec un scellement en polymère adaptée aux micro-commutateurs RF. Afin de répondre aux enjeux de conception, nous avons identifié des besoins en terme de modélisation éléments finis (EF) multi-physique, permettant de générer des macro-modèles comportementaux. Ainsi, nous discutons des possibilités offertes par deux logiciels EF réellement multi-physique : ANSYS et COMSOL. Finalement, nous proposons une solution (boîtier micro-usiné en Foturan et scellement en polymère BCB) compatible avec les spécifications du cahier des charges. La fabrication et la caractérisation électrique d'un démonstrateur ont permis de valider cette technique simple de packaging quasi-hermétique.

La technologie MEMS pour les applications hyperfréquences, s'est développée depuis quelques années<br />avec pour objectif d'améliorer les performances des circuits et dispositifs microondes. De nombreux composants<br />ont été développés, démontrant alors une importante réduction des pertes et une plus grande linéarité que leurs<br />principaux concurrents: les composants semi-conducteurs. Notre étude a porté donc sur la conception d'un<br />micro-commutateur et son intégration dans des circuits microondes reconfigurables.<br />Dans un premier temps, nous présentons dans le manuscrit un état de l'art de la technologie MEMS et<br />des composants hyperfréquences qui en résultent. Le fonctionnement de commutateurs micromécaniques y est<br />plus particulièrement étudié. Les principaux atouts et limitations sont également présentés avec quelques<br />domaines d'application où ces composants peuvent contribuer à une amélioration de performances.<br />La seconde partie de ces travaux est dédiée à la conception mécanique et électromagnétique d'un microcommutateur<br />à contact ohmique. L'objectif de cette étude était de réaliser un composant fiable avec de bonnes<br />performances. L'optimisation de ce composant y est présentée, validée par des performances mécaniques et<br />électriques des dispositifs réalisés.<br />La dernière partie de ces travaux concerne le développement de nouvelles topologies de circuits<br />hyperfréquences reconfigurables équipés de micro-commutateurs à contact ohmique. Nous y présentons trois<br />applications dont la conception de filtres passe-bande avec un accord discret sur une large plage de fréquences<br />(20% et 44% d'accord). Nous montrons également comment maintenir les pertes de ces dispositifs à un faible<br />niveau, en conservant les facteurs de qualité de ces composants reconfigurables à une valeur élevée.

L'intégration des nouveaux éléments basés sur la physique des plasmas dans le domaine des circuits et des systèmes micro-ondes est l'objectif de ce travail. En profitant des caractéristiques électromagnétiques des plasmas et en jouant sur leur architecture, on développe des micro-commutateurs micro-ondes et d'autres circuits radio et hyperfréquences en technologies microrubans ou en guide d'onde… La simulation de la propagation des ondes électromagnétiques dans un plasma et les études de l'interaction entre un plasma et les ondes électromagnétiques nécessite la connaissance des paramètres fondamentaux du plasma comme la permittivité. C'est pour cela qu'on étudie aussi les mesures plasmas par différents techniques comme la transmission/réflexion des ondes électromagnétiques, la perturbation des cavités résonnantes, ... Un schéma électrique équivalent modélisant un micro-commutateur hyperfréquence en plasma, est obtenu grâce aux mesures des courants de décharge électrique, à la rétro-simulation et aux techniques de modélisation numérique. Un coupleur directif hybride compact est utilisé pour les mesures plasmas en assurant la protection du matériel et de l'équipement de mesure des signaux d'un plasma. / Integration of new plasma-based elements for RF and microwave circuits and systems is the goal of this work. Taking advantage of electromagnetic characteristics of plasmas and playing on their architecture, we develop microwave micro-switches and other RF and microwave circuits by different technologies such as microstrip, waveguide circuits. The simulation of the propagation of electromagnetic waves in plasma and studying the interaction between plasma and electromagnetic waves require a pre-knowledge of its basic intrinsic parameters such as permittivity for that we also study measures and plasma different techniques like transmission/reflection of an electromagnetic waves, cavity perturbation technique... An equivalent electrical circuit modeling the plasma will be used for modeling microwave micro-switches. It is obtained by measurements of electric discharge currents, the reverse CAD simulation and numerical modeling techniques. A compact hybrid directional coupler is used to measure plasma and to protect test equipment from dangerous signals of the electrical discharge.