Etude et réalisation d'une micropompe et de microvalves intégrées tout silicium
Résumé
Engineering in the fields of biology and medicine is considered as one privileged area of applications for microsystems in the future. The topic of this PhD thesis is the design and fabrication of a chemical analysis unit including a micropump actuated by a thermal resistor whose role is to allow routing of a fluid toward a physico-chemical analysis multi-sensor (pressure, ISFET, temperature, etc,...) The European project BARMINT serves as a support for the design and fabrication of a demonstrator integrating the devices mentioned above. The originality of this process lies in that it allows fabrication, on a single, two-sides, polished, silicon substrate with a membrane (micromachined tanks to a chemical solution) and two one-way microvalves that direct the inlet and the outlet of the fluid. These valves are obtained following the LPCVD depositions and plasma etchings of the polysilicon. We will detail all the technological steps needed for the fabrication of the micropump and the microvalves. We will mainly focus on the problems of compatibility between these technologies and VLSI techniques. The completion of a demonstrator will be presented. Thermal and mechanical modellings as well as aspects of simulations of the micropump will be tackled for optimisation purposes. This work opens up prospects when it comes to the design and fabrication of future microsystems for space and medical applications.
Les domaines du génie biologique et médicale sont considérés, à terme, comme l'un des secteurs privilégiés d'application des microsystèmes. Le sujet de thèse consiste en la conception et la réalisation d'une unité d'analyse chimique comprenant une micropompe actionnée par une résistance thermique dont le rôle est de permettre l'acheminement d'un fluide vers un multi-capteur d'analyse physico-chimique (pression, ISFET, température,...). Le projet européen Barmint (1) nous sert de support dans la conception et la réalisation d'un démonstrateur intégrant notamment les composants ci-dessus. L'originalité d'un tel procédé est de réaliser, sur un même substrat de silicium poli double face, une membrane (micro-usinée grâce à une solution chimique) et de deux microvalves à sens unique qui contrôlent l'entrée et la sortie du fluide. Ces valves sont obtenues après dépôts LPCVD et gravures par plasma du silicium polycristallin. Nous aborderons en détails toutes les étapes technologiques de réalisation de la micropompe et des microvalves. Nous nous intéresserons surtout aux problèmes de compatibilités de ces technologies avec les techniques VLSI. La réalisation d'un démonstrateur sera présentée. Les aspects simulations et modélisations thermiques et mécaniques de la micropompe seront abordes pour l'optimisation . Ce travail ouvre des perspectives quant à la conception et la réalisation de futurs microsystèmes pour des applications spatiales, médicales.