Brevet FR3061165A1 — publié le 20180629

STRUCTURE MICROELECTRONIQUE A AMORTISSEMENT VISQUEUX CONTROLÉ PAR MAÎTRISE DE L'EFFET THERMO-PIEZORESISTIF DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE ET ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE La présente invention se rapporte à des structures microélectromécaniques et des structures nanoélectromécaniques à amortissement visqueux contrôlé par maîtrise de l'effet thermo-piézorésistif. Les systèmes microélectromécaniques ou MEMS (Microelectromechanical system en terminologie anglo-saxonne) et les structures nanoélectromécaniques ou NEMS (Nanoelectromechanical system en terminologie anglo-saxonne) comportent une partie fixe et au moins une masse mobile par rapport à un substrat apte à être mise en vibration sous l'effet d'un stimulus extérieur, formant un résonateur. Un résonateur ou oscillateur mécanique disposé dans un environnement gazeux subit un amortissement dû aux frottements avec le gaz lors du déplacement de la masse mobile, dit amortissement visqueux. Le contrôle des processus d'amortissement ou de dissipation d'énergie mécanique dans un résonateur permettent d'augmenter la bande passante des MEMS et NEMS en réduisant l'intervalle de temps nécessaire pour retrouver l'équilibre avec le milieu extérieur. Plus généralement, le contrôle de la bande passante d'un résonateur mécanique peut être exploité pour réaliser des filtres de bande passante accordable. Enfin, la compensation des forces d'amortissement visqueux, via un tel contrôle, peut conduire le système en auto-oscillation. Cette propriété peut être exploitée pour réaliser des oscillateurs électromécaniques Le contrôle de l'amortissement visqueux constitue un moyen efficace pour modifier la réponse électromécanique d'une structure MEMS/NEMS : le comportement mécanique d'un microsystème soumis à un stimulus extérieur peut être profondément redéfini que ce soit en termes de temps de réponse pour atteindre son 3061165 2 régime stationnaire, de sensibilité à des perturbations proches de la fréquence de résonance, ou de capacité à réaliser un système auto-oscillant. Plusieurs solutions existent pour modifier cet amortissement visqueux auquel est soumis le résonateur. 5 En effet, les modes de vibrations qui mettent en oeuvre des mouvements en interaction avec des lames d'air sont dominés par des processus d'amortissement pneumatiques lorsqu'ils sont placés sous air : par exemple des poutres en flexion, des masses en translation. Au voisinage de la pression ambiante, la dissipation est très sensible au niveau de pression. En revanche à basse pression, avec la raréfaction 10 des molécules, le coefficient de dissipation évolue peu. Le facteur de qualité d'un MEMS peut être ainsi contrôlé par le niveau de pression dans une cavité dans laquelle se trouve l'élément mobile, obtenu par exemple par scellement hermétique. Par ailleurs, elle ne permet pas de contrôler indépendamment deux structures MEMS placées dans des cavités identiques. Par exemple, on peut souhaiter co- 15 intégrer un dispositif qui nécessite un faible facteur de qualité, par exemple un accéléromètre, et un autre dispositif qui au contraire a besoin d'un facteur de qualité élevé, par exemple un gyromètre. En abaissant la pression dans la cavité, on influence les deux facteurs de qualité. En outre, la dissipation par des processus d'amortissement 20 pneumatiques peut être rendue négligeable lorsque le composant est placé sous un vide inférieur à 10 ubar. Elle ne peut en aucun cas compenser d'autres processus de dissipation tels que ceux qui résultent des processus thermoélastiques dans les solides. Il n'est pas possible par ce biais d'amener le système en régime d'auto-oscillation. Une autre solution consiste à réaliser un contrôle actif du processus 25 d'amortissement dans un MEMS. Pour cela, une force d'amortissement visqueux externe est générée. Une telle force est générée au moyen d'un actionneur contrôlable, via une électronique, dont la commande est proportionnelle à la vitesse du système mécanique mobile. Par exemple, ceci peut être réalisé en utilisant des moyens de détection du mouvement du MEMS/NEMS, un correcteur PID (proportionnel, intégral, dérivateur) et un actionneur, l'ensemble formant une boucle fermée. Cette solution est par exemple 3061165 3 décrite dans le document Yiiceta5 M, Aaltonen L, Pulkkinen M, Salomaa J, Kalanti A, Halonen K. A charge balancing accelerometer interface with electrostatic damping. In: ESSCIRC (ESSCIRC), 2011 Proceedings of the. 2011. p. 291-4. Un système mettant en oeuvre des moyens de détection et d'actionnement de type capacitif sont décrits. Bien 5 que très efficace, cette solution nécessite la mise en oeuvre d'une électronique externe au système mécanique ainsi que de moyens de détection du mouvement du MEMS/NEMS. Il en résulte un encombrement important au niveau de l'électronique et une consommation énergétique élevée, ce qui limite l'emploi de cette configuration. Le document Lehee G, Souchon F, Riou JC, Bosseboeuf A, Jourdan G. 10 "Low power damping con trol of a resonant sensor using back action in silicon nanowires". In: 2016 IEEE 29th International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS). 2016. p.99-102 décrit une solution utilisant le phénomène d'action en retour ou effet thermo-piézorésistif dans un élément piézorésistif, également désigné par TPBA (Thermo piezoresistive Back action en terminologie anglo-saxonne). Il décrit un oscillateur 15 comportant une masse mobile apte à osciller en rotation dans le plan et des nanojauges formées par des nanopoutres entre la masse et le substrat. Différentes positions des nanopoutres par rapport à l'axe du pivot sont testées. Les nanojauges subissent une compression ou une traction lors du déplacement de la masse. Les nanopoutres sont en silicium dopé au bore. Elles sont en matériau piézorésistif et thermoélastique. 20 Les nanopoutres sont polarisées électriquement par un courant continu, elles subissent un auto-échauffement AT = RthPi (I) qui est proportionnel à la puissance Joule Pi = R/2 avec Rth la résistance thermique de la poutre et R la résistance électrique de la poutre. Du fait de l'oscillation de la masse, les nanopoutres de longueur L 25 subissent une élongation x de longueur L. Cette élongation provoque une modification de la résistance électrique de la poutre par piézorésistivité : 8R = n- R - g L. La puissance Joule est modifiée selon 8P = 8R12. 3061165 4 La température des poutres évolue vers une nouvelle valeur, soit une variation de 8T = RthI2 8R (II). Ceci aboutit à un effort mécanique en retour produit par thermoélasticité : F = Ea8T avec E le module d'Young du matériau composant les 5 nanopoutres, et a son coefficient de dilatation thermique. Au final, une force proportionnelle au mouvement de la structure MEMS s'applique sur cette dernière : F = EaRthl2n-9R Un effet de retard peut être induit par la résistance et l'inertie 10 thermique des nanopoutres. En effet une constante de temps thermique T th = RthCth apparaît en raison des limites de flux d'énergie thermique entre le système et l'extérieur. Cette constante de temps peut être vue comme un retard à la mise en place d'une nouvelle valeur de température. La variation de température peut être décrite par : 15 8T = Rth128R(t - th)-RthI2 (8R - Tthôù) F = EaRthl2n-gR (-Lx - T th LÎ La force en retour produite par le système de mesure comporte alors un terme visqueux : FI)= FBAÎ rthEaRthl2regR 20 Avec FBA = Une modélisation plus approfondie du problème montre que la réponse harmonique de la force a en réalité la forme : Pr F (w) = EaRthl2n-gR 1+((irrth)2 La force de dissipation joue un rôle important au voisinage de la 25 fréquence de résonance wr du système mécanique MEMS/NEMS. L'effet sera ainsi maximal lorsque la constante de temps atteindra une valeur telle que : Tth(i)r- 1 En effet, les cas limites suivants montrent : 3061165 5 TthWr « 1, le système adopte une température qui dépend instantanément de la position du MEMS /NEMS à l'échelle de la période d'oscillation. TthWr » 1, la modulation de puissance due au mouvement produit une faible modulation de température de la structure TPBA améliorée. A l'échelle de la 5 période d'oscillation, la quantité d'énergie thermique échangée entre la poutre TPBA et le circuit électrique est fortement réduite : la faible modulation de température génère une force thermoélastique de faible intensité. On obtient une boucle de rétroaction thermo-piézorésistive. Le phénomène de TPBA offre un moyen de contrôle du facteur de 10 dissipation simple du point de vue de l'électronique de contrôle. Pour fonctionner, le système ne requiert pas de chaine de conditionnement du signal pour la poutre piézorésistive, ni d'une électronique de contrôle pour mettre en forme un signal d'actionnement : la rétroaction a lieu localement et est auto-induit. Par ailleurs, un tel mécanisme se révèle efficace pour contrôler le 15 facteur d'amortissement de structure MEMS fonctionnant sous vide avec une faible consommation énergétique à quelques centaines de microwatt et sur plusieurs ordres de grandeur. En pratique, l'intensité du phénomène peut être contrôlée par le niveau de polarisation imposée à la poutre piézorésistive, ce qui offre un moyen simple pour réaliser un contrôle actif du facteur de dissipation pour une structure d'architecture 20 donnée. La boucle de rétroaction thermo piézorésistive décrite ici ne permet pas de contrôler aisément le signe de la rétroaction En effet, l'expression (III) montre que le signe de la rétroaction dépend du coefficient piézorésistif ng ou du coefficient de dilatation a. Ces coefficients résultent 25 des propriétés intrinsèques du matériau et ne peuvent être contrôlés de manière active ou en choisissant une structure particulière. Ainsi il est admis qu'un dopage de type n est nécessaire pour obtenir une réduction du coefficient de dissipation d'un résonateur et notamment pour réaliser un auto-oscillateur à une fréquence proche de la fréquence de résonance dont le 30 mouvement est entretenu par le courant constant. En effet, pour ce type de dopage le 3061165 6 silicium par exemple présente un coefficient de piézorésistivité maximal dans la direction [100] qui est négatif, contrairement au silicium de type p qui possède un coefficient de piézorésistivité maximal et positif dans la direction [110]. Avec un coefficient de piézorésistivité positif (dopage de type p), on 5 obtient une augmentation globale de la dissipation du résonateur. Avec un coefficient de piézorésistivité négatif, on obtient une rétroaction négative qui amplifie le mouvement : le coefficient visqueux TPBA compense le coefficient de dissipation naturelle du résonateur. Un régime d'auto-oscillation est atteint lorsque cette compensation est totale. 10 Cette dépendance au signe du coefficient piézorésistif est très contraignante car elle impose un type de dopage en fonction de l'effet TPBA désiré. Ce choix du dopage peut être par ailleurs soumis à d'autres contraintes, par exemple des contraintes sur des critères de détection si la piézorésistivité est utilisée comme moyen de transduction électromécanique, des contraintes sur des critères de dépendance en 15 température de la résistance ou des moyens de transduction. En outre, l'effet thermo-piézorésistif ne peut être annulé qu'en rendant nul le courant de polarisation. Or les nanopoutres sont fréquemment utilisées comme jauges de déformation piézorésistives, ce qui requiert un courant de polarisation pour lire les variations de résistances. 20 Le document Steeneken PG, Le Phan K, Goossens Mi, Koops GEJ, Brom GJ a. M, van der Avoort C, et al. « Piezoresistive heat engine and refrigerator ». Nat Phys. 2011 Apr;7(4):354-9 décrit un résonateur mettant en oeuvre l'effet TPBA dont la rétroaction est contrôlée par un générateur de courant continu. Le signe de la rétroaction est contrôlé en modifiant une impédance connectée en parallèle avec la résistance de la 25 poutre thermo-piézorésistive. En réduisant cette impédance, le signe de la rétroaction est inversé. Le circuit électronique ainsi réalisé forme un filtre passe-haut dont la fréquence de coupure se situe autour de 300kHz. En conséquence, pour des résonateurs dont la fréquence est supérieure à cette valeur, le contrôle de la rétroaction est possible. 30 En revanche, pour des résonateurs fonctionnant à plus basse fréquence, par exemple 3061165 7 quelques kHz, des capacités de l'ordre du u.F doivent être utilisées. Mais ces valeurs de capacité sont très difficiles à intégrer sur des électroniques intégrées telles que des ASIC (Application Specific for Integrated Circuit en terminologie anglo-saxonne) en particuliers, notamment pour des questions d'encombrement dans un contexte ou l'espace disponible 5 pour l'électronique est souvent très contraint. Par conséquent un tel système n'est pas adapté pour des résonateurs basses fréquences, tels que des accéléromètres ou des gyromètres. Un autre moyen pour contrôler le signe de la rétroaction TPBA repose sur le coefficient de dilatation : pour certain matériau (tungstate de zirconium, germanate 10 de cuivre et fer, l'eau entre 0 et 4°C etc.), il peut être négatif, mais il est pour la majorité des matériaux, en particulier le silicium, positif. Cependant, cette solution est en pratique difficile voire impossible à mettre en oeuvre, puisqu'elle demande de combiner à la fois des propriétés de dilatation avec des propriétés piézorésistives adéquates. EXPOSÉ DE L'INVENTION 15 C'est par conséquent un but de la présente invention d'offrir une structure microélectronique comportant au moins une masse mobile et présentant un effet thermo-piézorésistif, dans laquelle la force par effet thermo-piézorésistif peut être adaptée, par exemple pour compenser ou augmenter le coefficient de dissipation intrinsèque de la structure, sans les contraintes sur le choix du matériau piézorésistif et 20 de son dopage de l'état de la technique, et à toute fréquence de fonctionnement de la structure, par exemple inférieure à 100 kHz. Le but énoncé ci-dessous est atteint par une structure microélectronique comportant au moins une masse mobile reliée mécaniquement à au moins un premier élément mécanique par des premiers moyens de liaison mécanique et 25 à un deuxième élément mécanique par des deuxièmes moyens de liaison mécanique qui sont conducteurs électriques et une source de polarisation à tension continue des deuxièmes moyens de liaison mécanique. Les deuxièmes moyens de liaison mécanique sont disposés par rapport à la masse mobile, de sorte que les déplacements de la masse mobile appliquent des contraintes de déformation mécanique aux deuxièmes moyens de 3061165 8 liaison mécanique, et ces deuxièmes moyens de liaison mécanique étant tels qu'ils sont le siège d'un effet thermo-piézorésistif. Les moyens de polarisation à tension continue et les deuxièmes moyens de liaison mécanique forment un circuit électrique de rétroaction thermo-piézorésistive, 5 générant une force de rétroaction qui peut être adaptée grâce à la configuration du circuit électrique. Les inventeurs ont déterminé qu'en polarisant à tension continue les deuxièmes moyens de liaison mécanique, un coefficient apparaissait dans la formule définissant la force de rétroaction thermo-piézorésistive, et que la valeur de ce coefficient 10 pouvait être ajustée en fonction de la configuration électrique du circuit électrique comprenant les moyens de polarisation et les deuxièmes moyens de liaison mécanique, par exemple en fonction de la valeur d'une résistance électrique en série avec les deuxièmes moyens de liaison mécanique. Il en résulte que le coefficient d'amortissement peut être modifié, voir annulé sans être contraint de choisir des matériaux et/ou leur 15 dopage pour disposer d'un coefficient piézorésistif de signe donné. En outre, cet effet sur le coefficient d'amortissement peut être obtenu quelle que soit la fréquence de la structure Dans l'état de la technique, une polarisation à courant continu est réalisée. Or une telle polarisation ne fait pas apparaître de coefficient dans la formule de 20 la force de rétroaction, qui permet d'agir simplement sur la force de rétroaction De plus, grâce à l'invention on peut envisager d'annuler l'effet thermo- piézorésistif tout en polarisant les deuxièmes moyens de liaison mécanique afin qu'ils servent de jauge de détection de contrainte. De manière très avantageuse, le circuit comporte des moyens de 25 régulation du courant, par exemple comportant une résistance électrique de valeur déterminée. Avantageusement la valeur de la résistance peut être modifiée, par exemple un potentiomètre est mis en oeuvre, ce qui permet de pouvoir régler facilement la valeur de la force de rétroaction. Par exemple la résistance peut prendre trois valeurs, une valeur amplifiant le coefficient d'amortissement, un valeur nulle, dans ce cas le coefficient 30 est égal à -1 et l'effet de la rétroaction a un effet opposé à celui obtenu par exemple en 3061165 9 polarisant en courant des moyens de liaison mécanique ayant un coefficient piézorésistif positif, et une valeur annulant le coefficient d'amortissement. Le circuit électrique de rétroaction peut comporter un dipôle présentant une caractéristique de résistance électrique négative permettant de s'affranchir des 5 éventuelles résistances parasites des deuxièmes moyens de liaison mécanique. La présente invention a alors pour objet une structure microélectronique comportant au moins une masse mobile reliée mécaniquement à au moins un premier élément mécanique par des premiers moyens de liaison mécanique et à au moins un deuxième élément mécanique par des deuxièmes moyens de liaison 10 mécanique conducteurs électriques, des moyens de polarisation électrique des deuxièmes moyens de liaison mécanique, lesdits deuxièmes moyens de liaison mécanique étant tels qu'ils sont le siège d'un effet thermo-piézorésistif, les deuxièmes moyens de liaison et la masse mobile étant disposés l'un par rapport à l'autre de sorte qu'un déplacement de la masse mobile applique une contrainte mécanique aux deuxième 15 moyens de liaison. Les moyens de polarisation électrique sont des moyens de polarisation en tension continue et forment avec au moins les deuxièmes moyens de liaison mécanique un circuit électrique de rétroaction thermo-piézorésistive. Les deuxièmes moyens de liaison mécanique comportent au moins un matériau conducteur électrique. Avantageusement le deuxième élément mécanique peut 20 également être conducteur électrique lorsqu'il assure une continuité électrique entre les deuxièmes moyens de liaison mécanique et les moyens de polarisation. Dans un exemple de réalisation, le circuit électrique de rétroaction thermo-piézorésistive comporte des moyens de régulation du courant relié électriquement en série avec les deuxièmes moyens de liaison mécanique. Les moyens de 25 régulation du courant peuvent comporter au moins un composant électrique apte à prendre une valeur de résistance électrique déterminée. Avantageusement, le composant électrique est tel qu'il permet de sélectionner une valeur de résistance électrique déterminée parmi plusieurs valeurs de résistance électrique, l'élément électrique étant avantageusement un potentiomètre. 3061165 10 Dans un exemple de réalisation, les deuxièmes moyens de liaison mécanique peuvent présenter une résistance électrique donnée, et la résistance électrique des moyens de régulation peut avoir une valeur inférieure ou égale à 5 fois la valeur de résistance électrique des deuxièmes moyens de liaison mécanique à l'état de 5 repos de la masse mobile. Dans un autre exemple de réalisation, les deuxièmes moyens de liaison mécanique présentent une résistance électrique donnée, et la résistance électrique des moyens de régulation peut être égale à la résistance électrique des deuxièmes moyens de liaison mécanique de sorte à compenser l'effet thermo-piézorésistif 10 Les moyens de régulation de courant sont avantageusement réalisés sur un substrat de la structure microélectronique de sorte à réduire les capacités parasites. Dans un autre exemple de réalisation, les moyens de régulation de courant comportent au moins un dipôle connecté en série avec les deuxièmes moyens de liaison mécanique, ledit dipôle ayant une caractéristique de résistance négative. Le dipôle 15 peut être choisi parmi une diode tunnel, une diode Gunn, un thyristor et un circuit de rétroaction comportant au moins un amplificateur opérationnel. Dans un autre exemple de réalisation, les moyens de régulation de courant comportent au moins une inductance connectée en série avec les deuxièmes moyens de liaison mécanique. 20 Selon une caractéristique additionnelle, la structure microélectronique peut comporter des moyens de contrôle actif de la tension de polarisation permettant d'appliquer une tension constante aux deuxièmes moyens de liaison mécanique. Les moyens de contrôle actif de la tension de polarisation peuvent comporter une boucle de rétroaction en tension comprenant des moyens de mesure de la 25 tension aux bornes des deuxièmes moyens de liaison mécanique, par exemple par une méthode 4 fils, un comparateur pour comparer ladite tension mesurée et une tension de consigne, et un correcteur envoyant un signal correctif aux moyens de polarisation. De manière avantageuse, les deuxièmes moyens de liaison mécanique comportent une poutre. 3061165 11 Le premier élément mécanique peut être un plot d'ancrage solidaire d'un support et la masse mobile peut être articulée en rotation par rapport au plot d'ancrage et le deuxième élément mécanique peut être un deuxième plot d'ancrage solidaire du support. 5 BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise sur la base de la description qui va suivre et des dessins en annexe sur lesquels: - la figure 1 est une représentation schématique d'un exemple de réalisation d'une structure microélectronique selon l'invention, 10 - la figure 2 est une représentation d'un schéma électrique du circuit électrique de rétroaction de la structure de la figure 1, - la figure 3 est une représentation d'un schéma électrique du circuit électrique de rétroaction comportant des résistances parasites, - la figure 4 est une représentation d'un schéma électrique d'un autre 15 exemple de circuit électrique de rétroaction pouvant être mis en oeuvre dans la structure selon l'invention, - la figure 5 est une représentation d'un schéma électrique d'un autre exemple de circuit électrique de rétroaction pouvant être mis en oeuvre dans la structure selon l'invention, comportant un contrôle actif de la tension de polarisation, 20 - la figure 6 est une représentation d'un autre exemple de circuit électrique de rétroaction pouvant être mis en oeuvre dans la structure selon l'invention, mettant en oeuvre un dipôle ayant une caractéristique de résistance électrique négative, - la figure 7 représente la caractéristique d'un dipôle (tension U en fonction du courant I) ayant un comportement de résistance négative au voisinage d'un 25 point de fonctionnement lo, Uo, - les figures 8A à 8F sont des représentations schématiques des différentes étapes d'un exemple de procédé de réalisation d'une structure microélectronique selon la présente invention, 3061165 12 - la figure 9A est une représentation de la variation absolue du facteur de qualité QF d'une structure proche de celle de la figure 1 en fonction de la tension de polarisation Vc continue en mV, - la figure 9B est une représentation de la variation du courant délivré I 5 en 1.1A en fonction du temps t en s, - la figure 9C est une vue agrandie de la figure 9B au-delà de 60 s. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Dans la présente demande, on entend par « structure microélectronique » une structure résonante comportant des éléments 10 microélectromécaniques et/ou des éléments nanoélectromécaniques. Dans la description qui va suivre, les expressions « coefficient d'amortissement visqueux », « coefficient d'amortissement», « coefficient de dissipation », « facteur d'amortissement » et « facteur de dissipation » seront considérées comme synonymes. 15 Sur la figure 1, on peut voir un exemple d'une structure microélectronique S selon l'invention. La structure s'étend selon un plan moyen P défini par les axes X et Y. La structure ou résonateur comporte une masse mobile 2 apte à se déplacer par rapport à un support formé par exemple par un substrat. La masse mobile 2 est reliée au support par des premiers moyens de liaison 6 tels qu'ils autorisent un 20 déplacement de la masse mobile 2 par rapport au support. Dans l'exemple représenté, les premiers moyens de liaison 6 comportent une articulation pivot présentant un axe de pivot Z orthogonal au plan P. La masse mobile 2 est donc apte à se déplacer en rotation autour de l'axe Z dans le plan P. Dans l'exemple représenté, l'articulation pivot comporte deux poutres 10 s'étendant 25 entre un plot d'ancrage 12 et la masse mobile 2, les poutres 10 ayant des axes sécants en un point 0 qui est l'intersection de l'axe Z et du plan P. Les poutres 10 se déforment en flexion et autorisent la rotation de la masse autour de Z. Il sera compris que la liaison pivot pourrait être réalisée autrement. 3061165 13 La structure comporte des deuxièmes moyens de liaison 14 entre la masse mobile 2 et un deuxième plot d'ancrage 24. Les deuxièmes moyens de liaison sont conducteurs électriques. Comme cela sera décrit dans la suite de la description, les deuxièmes 5 moyens de liaison 14 sont tels qu'ils exercent une force sur la masse mobile par action en retour thermo-piézorésistif. Les deuxièmes moyens de liaison 14 sont alors orientés par rapport aux premiers moyens de liaison 6, de sorte qu'ils soient sollicités mécaniquement par la masse mobile 2 en mouvement, et de sorte que la force d'action en retour Far s'applique au moins dans la direction selon laquelle la masse peut se déplacer. Dans cet 10 exemple, la masse mobile 2 se déplace principalement selon la direction X. Les deuxièmes moyens de liaison 14 sont alors tels qu'ils exercent une force d'action en retour Far sur la masse le long de la direction X. Les deuxièmes moyens de liaison 14 sont sollicités par la masse mobile 2. De préférence ils sont sollicités en traction et en compression, tout en autorisant des 15 mouvements en flexion en superposition de la compression ou de la traction. Les deuxièmes moyens de liaison 14 comportent au moins une zone à effet thermo-piézorésistif. Dans l'exemple représenté, les deuxièmes moyens de liaison mécanique comportent une poutre 18 ancrée sur la masse mobile et sur le deuxième plot d'ancrage. 20 La poutre 18 est alors réalisée au moins en partie en un matériau piézorésistif et au moins en partie en un matériau ayant des propriétés de thermoélasticitié. La poutre 18 peut comporter deux matériaux distincts, l'un piézorésistif et l'autre thermoélastique ou alors un seul matériau à la fois piézorésistif et thermoélastique. Par exemple, le silicium et le SiGe sont à la fois piézorésistifs et 25 thermoélastiques. Dans le cas où la poutre comporte plusieurs matériaux, il peut s'agir d'aluminium ayant un coefficient de dilatation de 23 ppm/K, alors que celui du silicium est de 2ppm/K, associé à un matériau piézorésistif comme le silicium. On peut envisager que la poutre comporte une alternance de portions de ces matériaux disposées dans la direction de la longueur de la poutre. 3061165 14 Dans la présente demande, on considère qu'un élément présente des propriétés thermoélastiques s'il présente un coefficient de dilatation à la température de travail supérieure à 10-70. Les deuxièmes moyens de liaison 14 sont tels qu'ils sont aptes à exercer 5 des efforts mécaniques sur la masse mobile 2. Pour cela, ils présentent une certaine raideur et leur connexion au deuxième plot d'ancrage est telle que la force Far déplace préférentiellement la masse mobile. La structure comporte également des moyens de polarisation 15 en tension continue de ces deuxièmes moyens de liaison. Par exemple les moyens de 10 polarisation 15 comportent un générateur de tension continue appliquant une tension continue Vc au circuit de rétroaction thermo-piézorésistive. Les moyens de polarisation 15 forment avec les deuxièmes moyens de liaison mécanique un circuit électrique de rétroaction. Dans l'exemple représenté, la masse mobile 2, les premiers moyens de 15 liaison mécanique et le premier plot d'ancrage également sont conducteurs électriques et le premier plot d'ancrage est relié à la terre. Ainsi ils forment avec les moyens de polarisation et les deuxièmes moyens de liaison mécanique un circuit électrique fermé. Mais on pourrait prévoir de ne polariser que les deuxièmes moyens de liaison mécanique, par exemple en reliant à la terre l'extrémité de la poutre 18 connectée à la masse mobile 20 2 avec une connexion électrique présentant avantageusement une raideur mécanique négligeable selon les directions de l'espace par rapport aux autres connexions mécaniques. La connexion électrique aurait alors un impact limité sur le comportement mécanique de la structure. Dans l'exemple représenté, le circuit électrique de rétroaction thermo- 25 piézorésistive C comporte une résistance électrique Rc branchée en série avec la poutre 18 et disposée entre une borne des moyens de polarisation 15 et le deuxième plot d'ancrage 24. La résistance peut être réalisée directement sur le substrat de la structure microélectronique ou être réalisée à l'extérieur de la structure, par exemple sur un circuit Intégré à Application Spécifique ou ASIC dissocié de la structure. 3061165 15 Sur la figure 2 on peut voir le schéma électrique du circuit de rétroaction C. La poutre 18 est représentée par sa résistance électrique variable Rpo + 6Rp. Rpo est la valeur de la résistance électrique de la poutre à l'état repos (non soumise à une contrainte mécanique par la masse mobile) qui est une constante, et 6Rp est la variation 5 de résistance électrique de la poutre du fait d'une contrainte mécanique appliquée par la masse mobile à la poutre dont au moins une partie est en matériau piézorésistif. I est le courant dans le circuit. Le fonctionnement du circuit de rétroaction est le suivant. La tension de polarisation Vc polarise le circuit. Le courant I prend ainsi 10 la valeur suivante : 6R ) = + 61 D no 1 /1 D D c + Elp0 nc np0 En considérant 6Rp 0. 5 La résistance permet donc de réguler le courant dans le circuit électrique de rétroaction piézorésistive C et donc de régler l'effet d'action en retour. En jouant sur la valeur de la résistance R, par rapport à la résistanceRpo, il est possible de faire varier le paramètre 1-1 de -1 à +1. Il est donc possible de contrôler le signe et la présence de l'effet 10 d'action thermo-piézorésistif, en ajustant la valeur de R, par rapport à Rp sur une large gamme de fréquence de fonctionnement de la structure microélectronique. Dans le schéma électrique la résistance Rc a une valeur fixe. De préférence Rc est égale à au plus 5 fois la valeur de RpO, afin de limiter la consommation énergétique. 15 La résistance Rc est une résistance dont la valeur est déterminée, soit il s'agit d'une valeur fixe qui ne peut pas être modifiée, soit c'est une valeur modifiable comme selon sera décrit par la suite. La résistance Rc est une résistance ajoutée volontairement dans le circuit électrique de rétroaction thermo-piézorésistive et dont l'effet sur la force d'action en retour est déterminé, la résistance Rc est distincte des 20 résistances parasites qui existent par exemple au niveau des pistes d'accès, mais dont la valeur n'est pas déterminée. Des valeurs de Rc présentant un intérêt particulier sont données ci- dessous, Pour Rc=Rpo, le coefficient 1-1 a pour valeur n=0. Dans ce cas, l'effet est 25 compensé. Le résonateur retrouve son coefficient de dissipation naturel, il n'y a plus d'effet d'action en retour thermo-piézorésistif. Pour Rc>>Rpo, le coefficient 1-1 a pour valeur n=1. Dans ce cas, la rétroaction a le même signe que l'effet habituellement obtenu lorsque la polarisation est en courant. 3061165 17 Pour Rc=0 ou Rc«RpO, le coefficient 1-1 a pour valeur 1-1=-1. Dans ce cas, la rétroaction a un signe opposé à l'effet habituellement obtenu lorsque la polarisation est en courant. Dans ce cas particulier, la structure est réalisée de sorte que les résistances électriques parasites en série avec la poutre soient réduites. Sur la figure 3, 5 ces résistances parasites sont désignées par Rpar1 et Rpar2. Ces résistances parasites peuvent résulter des pistes d'accès à la poutre 18, en effet leur résistivité n'est pas toujours négligeable. Elles peuvent atteindre quelques dizaines de pourcents de la valeur de résistance de la poutre voire dépasser cette valeur. Les résistances pourraient être réduites structurellement par exemple en utilisant des matériaux à forte conductivité 10 jusqu'à l'ancrage de la poutre, en dimensionnant les pistes d'accès... Grâce à l'invention, l'action sur la force de rétroaction peut avoir lieu sur une large gamme de fréquence de fonctionnement, des fréquences nulles jusqu'à des fréquences élevées. La limite supérieure de la fréquence est fixée par des capacités parasites 15 Cpar. Une fréquence haute co, = 1/ R,Cpar peut limiter la plage de fonctionnement du système. De manière avantageuse, la résistance R, est intégrée sur le substrat de la structure microélectronique à proximité des deuxièmes moyens de liaison18 afin de réduire la capacité parasite à une valeur inférieure à 100 fF. La limite supérieure des 20 fréquences peut ainsi être repoussée à une valeur de l'ordre de la centaine de Mégahertz. Sur la figure 4, on peut voir un autre exemple de réalisation d'un circuit de rétroaction très avantageux, dans lequel la résistance Rc comporte un potentiomètre permettant de contrôler in situ et très précisément le signe de la rétroaction. Il est également possible par ce biais d'activer ou de désactiver l'effet d'action en retour dans 25 la structure microélectronique. Lorsque la résistance Rc est augmentée en manipulant le potentiomètre, le courant moyen délivré tend à diminuer, ce qui a pour effet de réduire l'effet d'action en retour. De manière avantageuse la tension de polarisation est ajustée pour que le courant moyen délivré soit constant. Par exemple, on peut assujettir la valeur de la tension de polarisation à la valeur de Rc. Cependant on peut conserver un contrôle 30 indépendant de la source de tension. 3061165 18 En variante, la résistance pourrait être remplacée par un dispositif capable de prendre plusieurs valeurs discrètes de résistance, par exemple trois valeurs, par exemple nulle, égale à Rpo et une valeur très supérieure à Rpo. Le potentiomètre peut être intégré sur la puce de la structure 5 microélectronique ou dans un ASIC à partir d'une technologie de transistor à effet de champ à jonction ou JFET (Junction Field Effect Transistor en terminologie anglo-saxonne) par exemple utilisée pour les composants suivants : Vishay AN105®, Fairchild®, Philips semiconductor BF245C®. Sur la figure 5, on peut voir un autre exemple de circuit de rétroaction 10 comportant des moyens de contrôle actif de la tension de polarisation. Comme cela a déjà été expliqué ci-dessus, le circuit peut comporter des résistances parasites dont il est préférable de réduire l'effet. Pour cela, le circuit comporte des moyens de contrôle actif de la tension de polarisation mettant en oeuvre une boucle de rétroaction en tension BR. 15 La résistance minimale en série avec la résistance Rp de la poutre 18 est réduite à Rparl + Rpar2. Ces résistances parasites limitent la valeur du coefficient n à : /7(R ) = Rc + Rparl + Rpar2 - Ro Rparl + Rpar2 - Rpo -1 R nn > nn > C fi c + Rparl + Rpar2 + p0 - Rparl + Rpar2 + p0 Les moyens de contrôle actif de la tension de polarisation comportent 20 des moyens 21 pour sonder la tension Vs aux bornes de la poutre 18, par exemple par la méthode 4 fils, bien connue de l'homme du métier, ce qui permet de s'affranchir de l'effet des résistances parasites. Pour cela, des pistes d'accès dissociées du circuit de polarisation sont réalisées jusqu'aux extrémités de la poutre 18. L'utilisation d'une sonde de tension 25 d'impédance élevée par rapport à l'impédance de ces pistes et de celle de la poutre 18 réunies permet de mesurer précisément la tension aux bornes de la poutre 18. Les moyens de contrôle comportent également un comparateur 22 pour comparer cette tension mesurée aux bornes de la poutre à une valeur de consigne 3061165 19 Vconsigne , et un correcteur 26 qui pilote le générateur de tension Vc sur la base du signal émis par le comparateur afin d'éliminer le signal d'erreur e = Vconsigne Vs- Grâce à ces moyens de contrôle actif, la tension aux bornes de la poutre 18 est maintenue constante et égale à Vconsigne- L'effet d'action en retour obtenu est 5 sensiblement celui obtenu pour 1-1 = -1 car les résistances parasites et Rc n'ont alors plus d'influence. Sur la figure 6, on peut voir un autre exemple de circuit de rétroaction selon l'invention mettant en oeuvre un dipôle 28 présentant une caractéristique de résistance négative Rn. Le dipôle 28 est connecté en série électriquement avec la 10 poutre18. L'utilisation d'un tel dipôle permet avantageusement de s'affranchir de la présence de résistances parasites dans le circuit de rétroaction. Le dipôle 28 présente une caractéristique de résistance négative, au moins au voisinage d'un point de fonctionnement U0, /0 (figure 7). Ce type de 15 comportement peut être obtenu avec des dipôles du type diode tunnel, diode Gunn, thyristors, par un circuit de rétroaction à base d'amplificateur opérationnel ou tout composant connu de l'homme du métier présentant une caractéristique de résistance négative. Pour un courant nominal /0 souhaité au repos dans la poutre 18, la 20 tension du générateur à appliquer peut être estimée Vc = U0 + (Rc + Rparl Rpar2 Rp0)10. Au voisinage de ce point, le dipôle possède le comportement suivant : U = U0 + Rp(I - 10) Ainsi en présence d'une variation de résistance 6Rp de la poutre, le nouvel équilibre est obtenu pour / = /0 + 61 25 = U0 + (Rc Rp arl Rpar2 Rp0 + Rn 6R)(10 61) RnI0 Soit O Rp10 (Rc Rparl Rpar2 Rp0 R) 6I 3061165 20 6! 6Rp Io (Rc + Rpar1 + Rpar2 + Rp0 + Rn) La modulation de puissance aux bornes de la poutre 18 a pour expression : /30 + 8P = (Rpo + 8Rp)(I0 + 61)2 8P 6Rp 6Rp PO Rp0 2 (Rc + Rpar1 + Rpar2 + Rp0 + Rn) 5 Enfin : 8P 6Rp Po lin Rpo Avec : lin = Rc + Rpari + Rpar2 + Rn + Rpo 10 La force exercée sur le système prend ensuite la forme : "c - frthî F (w) = iinEaRtnIbrgRpo 1 + ((erth)2 Le facteur lin peut en effet atteindre -1 lorsque Rc = 0 et Rn compense Rparl + Rpar2. Cet exemple de réalisation permet alors de pallier le problème de la présence des résistances parasites. En outre, ce système permet de renforcer l'effet d'action en retour inverse. En effet pour une résistance négative Rn de valeur absolue qui 15 s'approche de la somme des résistances constituant le circuit Rc + Rparl + Rpar2 + RO, le coefficient iin diverge vers l'infini par valeur négative : ceci a lieu pour Rc + Rparl + Rpar2 + Rn + R0'-'O. L'auto-oscillation apparait dès que l'amortissement est compensé. En présence d'un coefficient d'amortissement négatif, en plus de l'auto-oscillation, le temps de réponse mécanique diminue avec l'intensité de //net le système atteint plus vite 20 son régime d'auto-oscillation après une perturbation donnée. De préférence Rc est choisie proche de 0 afin de réduire la dissipation par effet Joule. Grâce à l'invention, il est possible de compenser la dissipation dans l'air. En effet, l'invention permet d'amplifier le coefficient de dissipation par un facteur 25 supérieur à 1 en valeur absolue, les valeurs du coefficient de dissipation dans l'air et du coefficient de dissipation par effet en retour se rapprochent alors l'une de l'autre. Rc + Rpari + Rpar2 + Rn - Rpo 3061165 21 Selon une variante, la résistance R, peut être remplacée ou complétée par une inductance de valeur L. L'inductance produit en effet une impédance faible à basse fréquence et une impédance qui diverge à haute fréquence (fréquence de coupure Rp/L). Ceci permet de stabiliser le courant au-dessus de la fréquence de 5 coupure. En associant une inductance à la résistance Rc, on peut piloter différemment les effets de dissipation sur deux modes de vibration situés en dessous et au-dessus de la fréquence de coupure. En dessous de la fréquence de coupure, l'effet thermopiézorésistif est piloté par la résistance R, et au-dessus de la fréquence de coupure l'effet thermo-piézorésistif est piloté par l'inductance 10 Comme cela a été indiqué ci-dessus, l'effet d'action en retour peut être compensé théoriquement lorsque Rc = RpO. Mais en pratique, cette compensation peut avoir lieu pour une valeur de Rc différente de Ro, en particulier si un effet de modulation de la conductivité thermique à la contrainte mécanique est également présent. En effet la modulation de température dans la poutre TPBA dépend non seulement: 15 - de la modulation de puissance 813 = rilê,n-gRIL - mais aussi de la modulation de résistance thermique résultante "=1ToR ou ithox _ . 0th 71-est un coefficient qui caractérise la sensibilité de la conductivité thermique à la déformation mécanique x/L. L étant la longueur de la poutre 18. 20 La force thermoélastique peut s'écrire : 2 inrg + 71-cr X - Tthî F(w) = EaRthoRpolo L 1 + (wTth)2 Le signe de la rétroaction et son intensité sont en particulier contrôlés par le facteur : La valeur de 7/ peut être ajustée de manière à compenser le terme n. En 1r9 25 pratique, la sensibilité du coefficient de conduction thermique Ir, est faible par rapport au coefficient de piézorésistivité Irg qui entre dans la modulation de puissance dissipée : la valeur de R, qui permet la désactivation de l'effet thermo-piézorésistif sera proche de Rp à quelques dizaines de pourcents près. 3061165 22 Dans l'exemple de la figure 1, la masse est mobile en rotation dans le plan de la structure. Toute structure dont la masse est mobile en translation et/ou en rotation dans le plan et/ou hors-plan entre dans le cadre de la présente invention. La présente invention peut s'appliquer à toute structure comportant 5 une poutre à effet thermo-piézorésistif. Par exemple elle peut s'appliquer à une structure comportant deux masses mobiles reliées mécaniquement, une résistance Rc pourrait être placée en série avec les deuxièmes moyens de liaison mécanique entre les deux masses, deux moyens de liaison reliant la résistance Rc à l'autre masse, ces autres moyens de liaison n'ayant par exemple par d'effet thermo-piézorésistif, et/ou ayant une raideur 10 négligeable. On peut envisager de disposer Concernant les deuxièmes moyens de liaison mécanique, ils sont préférentiellement formés par une poutre rectiligne, mais il peut être envisagé qu'ils comportent plusieurs portions de poutre dont les axes forment un angle entre eux. L'angle est choisi faible de sorte que l'action en retour dans les deuxièmes moyens de 15 liaison serve préférentiellement à appliquer un effort sur les ancrages et non à déformer la poutre en elle-même. En variante encore, on peut envisager des deuxièmes moyens de liaison mécanique en forme d'arc de cercle. Les deuxièmes moyens de liaison mécanique sont choisis de sorte que leur raideur mécanique dans la direction du mouvement de la masse soit comparable ou 20 supérieure à la raideur de la masse mobile couplée aux premiers éléments de liaison mécanique selon la même direction. Les figures 9A à 9C représentent des résultats expérimentaux obtenus sur une structure proche de la structure de la figure 1. Une polarisation en tension d'une poutre à effet thermo-piézorésistif, en silicium dopé p à 5e19 cm-3, est réalisée en 25 présence d'une résistance Rc très inférieure à la résistance Rp. On observe un effet de réduction du coefficient de friction, qui se traduit sur la figure 9A par une augmentation du facteur de qualité QF. Grâce à l'invention, on obtient une réduction de la dissipation pour des poutres en silicium dopé p, alors que dans l'état de la technique cette réduction n'était envisageable que pour des 30 poutres dopé n au moins à basse fréquence ( REVENDICATIONS1. Structure microélectronique comportant au moins une masse mobile (2) reliée mécaniquement à au moins un premier élément mécanique par des premiers (6) moyens de liaison mécanique et à au moins un deuxième élément mécanique par des deuxièmes moyens de liaison mécanique (14) conducteurs électriques, des moyens de polarisation électrique (15) des deuxièmes moyens de liaison mécanique (14) , lesdits deuxièmes moyens de liaison mécanique (14) étant tels qu'ils sont le siège d'un effet thermo-piézorésistif, les deuxièmes moyens de liaison (14) et la masse mobile (2) étant disposés l'un par rapport à l'autre de sorte qu'un déplacement de la masse mobile (2) applique une contrainte mécanique aux deuxième moyens de liaison (14), dans laquelle les moyens de polarisation électrique (15) sont des moyens de polarisation en tension continue et forment avec au moins les deuxièmes moyens de liaison mécanique (14) un circuit électrique de rétroaction thermo-piézorésistive. 2. Structure microélectronique selon la revendication 1, dans laquelle le circuit électrique de rétroaction thermo-piézorésistive comporte des moyens de régulation du courant relié électriquement en série avec les deuxièmes moyens de liaison mécanique. 3. Structure microélectronique selon la revendication 2, dans laquelle les moyens de régulation du courant comportent au moins un composant électrique (Rc) apte à prendre une valeur de résistance électrique déterminée. 4. Structure microélectronique selon les revendications 3, dans laquelle le composant électrique (Rc) est tel qu'il permet de sélectionner une valeur de résistance électrique déterminée parmi plusieurs valeurs de résistance électrique, l'élément électrique étant avantageusement un potentiomètre. 3061165 26 5. Structure microélectronique selon la revendication 3 ou 4, dans laquelle les deuxièmes moyens de liaison mécanique (14) présentent une résistance électrique donnée et dans laquelle la résistance électrique des moyens de régulation a une valeur inférieure ou égale à 5 fois la valeur de résistance électrique des deuxièmes 5 moyens de liaison mécanique (14) à l'état de repos de la masse mobile (2). 6. Structure microélectronique selon la revendication 3 ou 4, dans laquelle les deuxièmes moyens de liaison mécanique (14) présentent une résistance électrique donnée et dans laquelle la résistance électrique des moyens de régulation est 10 égale à la résistance électrique des deuxièmes moyens de liaison mécanique (14) de sorte à compenser l'effet thermo-piézorésistif 7. Structure microélectronique selon l'une des revendications 2 à 6, dans laquelle les moyens de régulation de courant comportent au moins un dipôle (28) 15 connecté en série avec les deuxièmes moyens de liaison mécanique (14), ledit dipôle ayant une caractéristique de résistance négative. 8. Structure microélectronique selon la revendication 7, dans laquelle le dipôle (28) est choisi parmi une diode tunnel, une diode Gunn, un thyristor et 20 un circuit de rétroaction comportant au moins un amplificateur opérationnel. 9. Structure microélectronique selon l'une des revendications 2 à 8, dans laquelle les moyens de régulation de courant comportent au moins une inductance connectée en série avec les deuxièmes moyens de liaison mécanique. 25 10. Structure microélectronique selon l'une des revendications 2 à 9, comportant des moyens de contrôle actif de la tension de polarisation permettant d'appliquer une tension constante aux deuxièmes moyens de liaison mécanique. 3061165 27 11. Structure microélectronique selon la revendication 10, dans laquelle les moyens de contrôle actif de la tension de polarisation comportent une boucle de rétroaction en tension (CR) comprenant des moyens de mesure (21) de la tension aux bornes des deuxièmes moyens de liaison mécanique, par exemple par une méthode 4 fils, 5 un comparateur (22) pour comparer ladite tension mesurée et une tension de consigne, et un correcteur (26) envoyant un signal correctif aux moyens de polarisation. 12. Structure microélectronique selon l'une des revendications 1 à 11, dans laquelle les deuxièmes moyens de liaison mécanique (14) comportent une poutre 10 (18). 13. Structure microélectronique selon l'une des revendications 1 à 12, dans laquelle le premier élément mécanique est un plot d'ancrage solidaire d'un support et la masse mobile (2) est articulée en rotation par rapport au plot d'ancrage et dans 15 laquelle le deuxième élément mécanique (24) est un deuxième plot d'ancrage solidaire du support.