Capteur d'humidité en Silicium poreux pour la fiabilité des Systems in package
Résumé
Work consists of the study of a sensor to measure in situ the water content in the cavities of the encapsulated systems.
Two structures in So porous (SP) were studied to produce sensors, and were initially characterized from a morphological point of view. The two layers have the same porosity of 45%. Measurements of nitrogen sorption applied to theories Study Bureau and BJH showed that SP1 and SP2 respectively had specific surfaces of 330 and 223 m ² /g, and average porous diameters of 4.3 and 5.5 Nm. A new method of characterization based on the image processing of surface of So porous is presented. The method makes it possible to estimate the distributions of size of pore, porosity, specific surface and voluminal fraction of oxide. It is validated by the coherence of the results obtained, compared with those given by the theories of sorption. In addition to the complete character of the analysis, the advantages of this method are its simplicity of implementation, its nonrestriction on a range of size of pores, and the absence of mathematical assumption on the estimate of the DTP.
The electric tests showed that SP1 had a resistance higher than SP2 and that the sensor based on SP1 had a greater sensitivity with respect to the catch of moisture: -90% between 0 and 80% of relative humidity. The specificity of electric transport in the studied structures was highlighted in experiments, leading to the assumption of a barrier of potentials to the interface porous Si-Si. The greatest resistance presented by SP1 was clarified by its greater voluminal fraction of oxide, as well as more pronounced effects of quantum containment and negative mascon of surface.
The utility of a sensor of in situ moisture in Si porous for the tightness of the systems in package was shown by the experimental results of a prototype.
Two structures in So porous (SP) were studied to produce sensors, and were initially characterized from a morphological point of view. The two layers have the same porosity of 45%. Measurements of nitrogen sorption applied to theories Study Bureau and BJH showed that SP1 and SP2 respectively had specific surfaces of 330 and 223 m ² /g, and average porous diameters of 4.3 and 5.5 Nm. A new method of characterization based on the image processing of surface of So porous is presented. The method makes it possible to estimate the distributions of size of pore, porosity, specific surface and voluminal fraction of oxide. It is validated by the coherence of the results obtained, compared with those given by the theories of sorption. In addition to the complete character of the analysis, the advantages of this method are its simplicity of implementation, its nonrestriction on a range of size of pores, and the absence of mathematical assumption on the estimate of the DTP.
The electric tests showed that SP1 had a resistance higher than SP2 and that the sensor based on SP1 had a greater sensitivity with respect to the catch of moisture: -90% between 0 and 80% of relative humidity. The specificity of electric transport in the studied structures was highlighted in experiments, leading to the assumption of a barrier of potentials to the interface porous Si-Si. The greatest resistance presented by SP1 was clarified by its greater voluminal fraction of oxide, as well as more pronounced effects of quantum containment and negative mascon of surface.
The utility of a sensor of in situ moisture in Si porous for the tightness of the systems in package was shown by the experimental results of a prototype.
La problématique de cette thèse est l'amélioration de la fiabilité des systèmes électroniques encapsulés, concernant l'herméticité et les perturbations causées par les infiltrations d'humidité. Le travail consiste en l'étude d'un capteur pour mesurer in situ le taux d'humidité dans les cavités des systèmes encapsulés. Comparativement aux actuelles techniques d'évaluation de l'herméticité, l'intérêt du dispositif réside dans la généralisation du test à chaque cavité, le contrôle de l'atmosphère de la cavité sur une longue période d'utilisation, et la correction automatique de la dérive occasionnée (packaging intelligent).
Deux structures en Si poreux (SP) ont été étudiées pour réaliser des capteurs, et ont d'abord été caractérisées d'un point de vue morphologique. Les deux couches ont la même porosité de 45 %. Les mesures de sorption d'azote appliquées aux théories BET et BJH ont montré que SP1 et SP2 présentaient respectivement des surfaces spécifiques de 330 et 223 m²/g, et des diamètres poreux moyens de 4,3 et 5.5 nm. Une nouvelle méthode de caractérisation basée sur le traitement d'image de surface de Si poreux est présentée. La méthode permet d'estimer les distributions de taille de pore, porosité, surface spécifique et fraction volumique d'oxyde. Elle est validée par la cohérence des résultats obtenus, comparés à ceux donnés par les théories de sorption. Outre le caractère complet de l'analyse, les avantages de cette méthode sont sa simplicité de mise en œuvre, sa non restriction à une gamme de taille de pores, et l'absence d'hypothèse mathématique sur l'estimation de la DTP.
Les tests électriques ont montré que SP1 présentait une résistance supérieure à SP2 et que le capteur basé sur SP1 présentait une plus grande sensibilité vis-à-vis de la prise d'humidité : -90 % entre 0 et 80 % d'humidité relative. La spécificité du transport électrique dans les structures étudiées a été mise en évidence expérimentalement, conduisant à l'hypothèse d'une barrière de potentiels à l'interface Si - Si poreux. La plus grande résistance présentée par SP1 a été explicitée par sa plus grande fraction volumique d'oxyde, ainsi que les effets plus prononcés de confinement quantique et de déplétion de surface.
L'utilité d'un capteur d'humidité in situ en Si poreux pour l'herméticité des systems in package a été démontrée par les résultats expérimentaux d'un prototype.
Deux structures en Si poreux (SP) ont été étudiées pour réaliser des capteurs, et ont d'abord été caractérisées d'un point de vue morphologique. Les deux couches ont la même porosité de 45 %. Les mesures de sorption d'azote appliquées aux théories BET et BJH ont montré que SP1 et SP2 présentaient respectivement des surfaces spécifiques de 330 et 223 m²/g, et des diamètres poreux moyens de 4,3 et 5.5 nm. Une nouvelle méthode de caractérisation basée sur le traitement d'image de surface de Si poreux est présentée. La méthode permet d'estimer les distributions de taille de pore, porosité, surface spécifique et fraction volumique d'oxyde. Elle est validée par la cohérence des résultats obtenus, comparés à ceux donnés par les théories de sorption. Outre le caractère complet de l'analyse, les avantages de cette méthode sont sa simplicité de mise en œuvre, sa non restriction à une gamme de taille de pores, et l'absence d'hypothèse mathématique sur l'estimation de la DTP.
Les tests électriques ont montré que SP1 présentait une résistance supérieure à SP2 et que le capteur basé sur SP1 présentait une plus grande sensibilité vis-à-vis de la prise d'humidité : -90 % entre 0 et 80 % d'humidité relative. La spécificité du transport électrique dans les structures étudiées a été mise en évidence expérimentalement, conduisant à l'hypothèse d'une barrière de potentiels à l'interface Si - Si poreux. La plus grande résistance présentée par SP1 a été explicitée par sa plus grande fraction volumique d'oxyde, ainsi que les effets plus prononcés de confinement quantique et de déplétion de surface.
L'utilité d'un capteur d'humidité in situ en Si poreux pour l'herméticité des systems in package a été démontrée par les résultats expérimentaux d'un prototype.
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