DESIGN AND MODELISATION OF A MASS NANOSENSOR USING PIEZORESISTIVE DETECTION
CONCEPTION ET MODELISATION D'UN NANOCAPTEUR DE MASSE PAR DETECTION PIEZORESISTIVE
Résumé
Technological improvements in electronic field allow to fabricate smaller components. Within this miniaturization process, these components offer various physical properties which can give them new functionalities. It is the commonly called "more than Moore" domain. The purpose of this work is to design from electronic lithographic technique a component able to detect the presence of species, even in a very weak amount. The detection is done by measuring the resonance frequency shift of a mechanical resonator, the shift being due to the accretion of the species on the resonator. The mechanical-electrical signal conversion runs off silicon piezoresistive properties. The feasibility of this sensitive component integration within an electronic architecture is then studied in order to target the production of a marketable sensor. A linear model of all the architecture elementary steps allows to combine them within a selfoscillation loop. The main noise phenomena are also included in order to compute the sensor performances. These performances are then compared to a similar architecture using capacitive detection. In the end, the non linearity impact over the performences is also assessed.
Les progrès technologiques dans le domaine de l'électronique permettent de fabriquer des composants de plus en plus petits. Avec leur miniaturisation, ces composants offrent des propriétés physiques différentes qui peuvent faire émerger de nouvelles fonctionnalités. C'est le domaine communément appelé " more than Moore ". Ce travail propose de concevoir à partir des techniques de lithographie électronique un composant capable de détecter la présence d'une espèce, même en très faible quantité. La détection se fait par la mesure de la variation de fréquence d'un résonateur mécanique, suite à l'accrétion de l'espèce sur celui-ci. La conversion mécano-électrique du signal exploite les propriétés piézorésistives du silicium. La faisabilité concernant l'intégration de ce composant sensible dans une architecture électronique visant à la fabrication d'un capteur commercialisable est ensuite étudiée. Un modèle linéaire de tous les étages élémentaires de l'architecture permet d'agencer ceux-ci dans une boucle d'auto-oscillation. Les principaux phénomènes de bruit sont aussi inclus dans le modèle afin de prédire les performances du capteur. Ces performances sont ensuite comparées à une architecture similaire utilisant une détection capacitive. Enfin, l'impact des non linéarités sur les performances est évalué.
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