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Timestamp: 2019-09-15 12:53:39+00:00
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FR3005045A1 - MICROELECTROMECHANICAL structure and / or nanoelectromechanical has adjustable quality factor - Google Patents
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FR3005045A1
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Capteur inertielle comportant une partie fixe (8) et au moins une masse suspendue (6) par rapport à la partie fixe (8) et des moyens d'amortissement (4) du déplacement de la partie suspendue (6) par rapport à la partie fixe (8), lesdits moyens d'amortissement (4) étant des moyens d'amortissement électromécaniques comportant une source d'alimentation continue (14), une résistance électrique (R) et un condensateur à capacité variable (C) en série, ledit condensateur à capacité variable (C) étant formé en partie par la partie suspendue (6) et en partie par la partie fixe (8) de sorte qu'un déplacement de la partie suspendue(6) provoque une variation de capacité du condensateur à capacité variable (C). inertial sensor comprising a fixed part (8) and at least a sprung mass (6) relative to the fixed part (8) and damping means (4) of displacement of the sprung portion (6) relative to the part fixed (8), said damping means (4) being of electromechanical damping means having a DC power source (14), an electrical resistor (R) and a variable capacitor (C) in series, said variable capacitor (C) being formed in part by the suspended portion (6) and in part by the fixed part (8) so that movement of the suspended portion (6) causes a variation in capacitance of the capacitance capacitor variable (C).
STRUCTURE MICROELECTROMECANIQUE ET/OU NANOELECTROMECANIQUE A FACTEUR DE QUALITE AJUSTABLE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR La présente invention se rapporte à une structure microélectromécanique et/ou nanoélectromécanique à facteur de qualité ajustable, notamment à un capteur inertiel à facteur de qualité ajustable. MICROELECTROMECHANICAL structure and / or nanoelectromechanical A QUALITY FACTOR ADJUSTABLE TECHNICAL FIELD AND PRIOR ART The present invention relates to a microelectromechanical structure and / or nanoelectromechanical adjustable quality factor, in particular to an inertial sensor adjustable quality factor.
Par exemple, le capteur inertiel est un accéléromètre, un gyroscope, un magnétomètre ou un capteur de pression formé par un système microélectromécanique (MEMS pour "MicroElectroMechanical System") et/ou nanoélectromécanique (NEMS pour "NanoElectroMechanical System"). For example, the inertial sensor is an accelerometer, a gyroscope, a magnetometer or a pressure sensor formed by a microelectromechanical system (MEMS "MicroElectroMechanical System") and / or nanoelectromechanical (NEMS for "NanoElectroMechanical System"). De manière générale, le facteur de qualité d'un micro ou nanosystème peut s'exprimer comme la somme des inverses des diverses sources de dissipation ou d'amortissement. In general, the quality factor of a microphone or nanosystem can be expressed as the sum of the reciprocals of various sources of dissipation or damping. Généralement la principale source d'amortissement vue par un système microélectromécanique et/ou nanoélectromécanique est l'amortissement visqueux. Typically the main source of depreciation seen by a microelectromechanical system and / or nanoelectromechanical is viscous damping. Un gyroscope présente un facteur de qualité donné. A gyroscope has a given quality factor.
L'électronique du gyroscope est alors dimensionnée pour une certaine plage de facteur de qualité. gyro electronics are then sized to a certain quality factor range. Or il peut être intéressant de pouvoir faire varier le facteur de qualité lors de la phase de démarrage du gyroscope. Or it may be interesting to be able to vary the quality factor when the gyroscope startup. Par exemple en abaissant le facteur de qualité, la plage de démarrage de la boucle à verrouillage de phase ou PLL ("Phaselocked loop" en terminologie anglaise) est élargie. For example by lowering the quality factor, the starting range of the phase locked loop or PLL ( "Phaselocked loop" in English terminology) is widened. Et en augmentant le facteur de qualité, on peut obtenir un meilleur actionnement. And increasing the quality factor, better operation can be obtained. Par ailleurs, il existe une demande de plus en plus grande pour des structures intégrant plusieurs systèmes microélectromécaniques (MEMS pour "MicroElectroMechanical System") et/ou nanoélectromécaniques, par exemple intégrant au moins un gyroscope et au moins un accéléromètre. Furthermore, there is a demand increasingly large structures for integrating several microelectromechanical systems (MEMS "MicroElectroMechanical System") and / or nanoelectromechanical eg integrating at least a gyroscope and at least one accelerometer.
Ces systèmes sont généralement isolés dans des cavités, notamment afin de les protéger de l'environnement extérieur. These systems are generally isolated in cavities, in particular to protect them from the external environment. Les systèmes peuvent alors être disposés dans deux cavités distinctes ou dans la même cavité. The systems can then be arranged in two separate cavities or in the same cavity. Dans ce dernier cas plus particulièrement les deux systèmes sont nécessairement dans un environnement à la même pression. In the latter case especially the two systems are necessarily in the same pressure environment. Or, un gyroscope requiert un coefficient de qualité élevé pour des raisons de sensibilité, un coefficient de qualité élevé étant obtenu par exemple en disposant le gyroscope dans un environnement à faible pression. Or, a gyroscope requires a high quality factor for reasons of sensitivity, a high quality coefficient being obtained for example by providing the gyroscope in a low pressure environment. A l'inverse un accéléromètre non résonant ou passif, ie ne requérant pas de moyens d'excitation pour son fonctionnement, nécessite un facteur de qualité faible, sinon il peut présenter un comportement non linéaire, voire être endommagé en cas de choc. Unlike a non resonant accelerometer or passive, ie not requiring excitation means for its operation, requires a low quality factor, or it may have a non-linear behavior or be damaged in a collision. Un faible facteur de qualité peut être obtenu en disposant l'accéléromètre dans un environnement à pression ambiante, afin d'assurer un certain amortissement de l'accéléromètre. A low quality factor may be obtained by arranging the accelerometer in an ambient pressure environment in order to ensure a damping of the accelerometer. Par conséquent, l'intégration d'un accéléromètre et d'un gyroscope dans la même cavité pose des problèmes pour assurer le bon fonctionnement des deux capteurs. Therefore, the integration of an accelerometer and a gyroscope in the same cavity causes problems for the proper functioning of both sensors. EXPOSÉ DE L'INVENTION C'est par conséquent un but de la présente invention d'offrir un dispositif comportant au moins un système micro et/ou nanoélectromécanique comportant des moyens permettant de faire varier son facteur de qualité de manière simple et intégrables relativement facilement à la structure du système micro et/ou na noé lectroméca nique. DISCLOSURE OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to provide a device comprising at least one micro system and / or nanoelectromechanical comprising means for varying its simple quality factor and integrated relatively easily the structure of the micro system and / or na noé lectroméca nique. Le but précédemment énoncé est atteint par un système micro et/ou nanoélectromécanique comportant des moyens d'amortissement électromécanique comprenant un circuit électrique dans lequel sont connectés en série une alimentation, au moins une résistance électrique et au moins un condensateur à capacité variable, ledit condensateur étant intégré à la structure du système micro et/ou nanoélectromécanique, de sorte qu'un déplacement de la masse suspendue du système provoque une variation de la capacité du condensateur. The above stated object is realized by a microprocessor system and / or nanoelectromechanical comprising electromechanical damping means comprising an electrical circuit in which are connected in series a power supply, at least one electrical resistance and at least one variable capacitor, said capacitor being integrated into the structure of the micro and / or nanoelectromechanical system, so that movement of the suspended mass of the system causes a variation in the capacitance of the capacitor.
En d'autres termes, on introduit dans un système micro et/ou nanoélectromécanique une source d'amortissement de la masse suspendue, ce qui permet de faire varier le facteur de qualité. In other words, are introduced into a microwave system and / or nanoelectromechanical a source of damping of the sprung mass, thereby varying the quality factor. Dans un exemple très avantageux, au moins un des condensateurs à capacité variable est formé en partie par une électrode prévue pour tester le système. In a very advantageous embodiment, at least one of the variable capacitance capacitors is formed in part by an electrode provided to test the system. Ainsi, les moyens d'amortissement utilisent des moyens existants dans le système, leur réalisation est donc simplifiée. Thus, the damping means using existing resources in the system, their implementation is simplified. De manière préférée, la résistance est réalisée au plus près du système, par exemple elle est réalisée dans le substrat, par exemple en gravant une jauge dans le substrat et/ou en modifiant son dopage, ce qui permet de limiter les capacités parasites et d'obtenir de grandes valeurs de résistance. Preferably, the resistance is made as close to the system, for example it is made in the substrate, for example by etching a gauge in the substrate and / or by changing its doping, which limits the parasitic capacitances and obtain large resistance values. La source d'amortissement peut être commandable. The amortization source may be controllable. Par exemple, dans le cas d'un gyroscope, une telle source d'amortissement permet de réduire son facteur de qualité au démarrage. For example, in the case of a gyroscope, such a source of damping reduces its start to the quality factor.
Dans le cas d'un dispositif intégrant un gyroscope et un accéléromètre dans une même cavité à pression faible, le facteur de qualité de l'accéléromètre peut être réduit de manière simple grâce à l'invention de sorte à compenser la faible pression. In the case of a device incorporating a gyroscope and an accelerometer in a single low pressure cavity, the accelerometer quality factor can be reduced in a simple manner by the invention so as to compensate for the low pressure. La présente invention a alors pour objet une structure microélectromécanique et/ou nanoélectromécanique comportant au moins une partie fixe et au moins une partie suspendue par rapport à la partie fixe et des moyens d'amortissement du déplacement de la partie suspendue par rapport à la partie fixe, lesdits moyens d'amortissement étant des moyens d'amortissement électromécaniques comportant au moins une source d'alimentation continue, au moins une résistance électrique et au moins un condensateur à capacité variable en série avec la résistance, ledit au moins condensateur et ladite au moins résistance formant avec la source d'alimentation au moins une boucle , ledit condensateur à capacité variable étant formé en partie par la partie suspendue et en partie par la partie fixe de sorte qu'un déplacement de la partie suspendue provoque une variation de capacité du condensateur à capacité variable. The present invention therefore relates to a microelectromechanical structure and / or nanoelectromechanical comprising at least one fixed part and at least one suspended part relative to the fixed part and means for damping the movement of the suspended part relative to the fixed part , said damping means being electromechanical damping means comprising at least one DC source, at least one electrical resistance and at least one variable capacitor in series with the resistor, said capacitor and said at least at least resistor forming with the power source at least one loop, said variable capacitor being formed in part by the suspended part and partly by the fixed part so that movement of the suspended part causes a variation in capacitance of the capacitor variable capacity.
De manière avantageuse, la structure comporte au moins n ensembles comprenant une résistance électrique et un condensateur à capacité variable en série avec la résistance, lesdits n ensembles étant connectés en parallèle sur la source d'alimentation continue, de sorte à former n boucles ayant la même source d'alimentation. Advantageously, the structure comprises at least n sets comprising an electrical resistor and a variable capacitor in series with the resistor, said n sets being connected in parallel to the DC power source, so as to form n loops having the same power source. De manière très avantageuse, n est un nombre pair et la structure comporte une partie fixe à n motifs électriquement indépendants, les n condensateurs à capacité variable des n ensembles étant formés par lesdites n motifs de la partie fixe, ces derniers étant disposés de part et d'autre de la partie suspendue par rapport à un plan de symétrie de ladite partie suspendue. Very advantageously, n is an even number and the structure comprises a fixed part to n electrically independent units, the n variable-capacitance capacitors of the n sets being formed by said n units of the fixed part, the latter being disposed on side of the suspended part relative to one of said sprung part plane of symmetry. Dans un exemple de réalisation, la masse inertielle comporte un peigne muni de n dents, et la partie fixe comporte un peigne muni de n dents formants n motifs, les deux peignes étant interdigités, de sorte qu'une dent d'un peigne forme avec une dent d'un autre peigne un condensateur à capacité variable. In an exemplary embodiment, the inertial mass comprises a comb provided with n teeth, and the fixed part comprises a comb provided with teeth formants n n units, the two combs being interdigitated, so that a comb-shaped with tooth a tooth of a comb another variable capacitor.
Dans un exemple, le au moins un condensateur à capacité variable est par exemple à variation d'entrefer. In one example, the at least one variable capacitor is for example air gap variation. La variation d'entrefer entre les deux électrodes du condensateur peut varier d'une extrémité à l'autre dudit condensateur, par exemple dans le cas où les deux électrodes du condensateur ne sont pas parallèles entre elles. The air gap variation between the two electrodes of the capacitor may vary from one end to the other of said capacitor, for example in the case where both electrodes of the capacitor are not mutually parallel.
Dans un autre exemple, le au moins condensateur à capacité variable est à variation de surface. In another example, at least the variable capacitor is surface variation. Avantageusement, au moins une électrode du au moins un condensateur à capacité variable est formée par au moins une électrode de test de la structure. Advantageously, at least one electrode of at least one variable capacitor is formed by at least one test electrode structure.
De manière préférée, la résistance électrique est formée en partie par la partie fixe. Preferably, the electrical resistance is formed in part by the fixed part. La résistance peut être réalisée, avantageusement intégrée à la partie fixe, par exemple par gravure d'un support destiné à former au moins en partie cette partie fixe et/ou par report d'un élément sur la partie fixe et/ou par dopage du support formant au moins en partie cette partie fixe. The resistance can be achieved, advantageously integrated to the fixed part, for example by etching of a support for forming at least partially said fixed part and / or with reference to an element on the fixed part and / or by doping the support forming at least part of this fixed part. Le motif formée alors par cette résistance peut-être par exemple celui d'une poutre ou d'un serpentin suspendu ou non par rapport au substrat. The pattern then formed by this resistance can be for example that of a beam or suspended coil or not with respect to the substrate. La partie fixe peut être le substrat dans lequel est réalisée la partie suspendue ou un substrat formant un capot. The fixed portion may be the substrate in which is formed the suspended part or a substrate forming a cover. Les moyens d'amortissement peuvent être commandables de sorte à appliquer un effort d'amortissement variable. The damping means may be controllable so as to apply a variable damping force. La structure peut comporter des moyens de détection des déplacements de la partie suspendue et former un capteur inertiel. The structure may comprise detecting means of displacement of the sprung portion and forming an inertial sensor. Le capteur inertiel peut alors être un accéléromètre. The inertial sensor can then be an accelerometer. La structure peut comporter des moyens d'excitation d'au moins une partie de la partie suspendue. The structure may comprise excitation means for at least a portion of the suspended part. Les moyens d'amortissement peuvent alors être commandables de sorte à appliquer un effort d'amortissement variable, le capteur inertiel étant un gyroscope. The damping means may then be controllable so as to apply a variable damping force, the inertial sensor is a gyroscope. La présente invention a également pour objet un ensemble comportant au moins deux capteurs inertiels, intégrés sur le même substrat, au moins un des deux capteurs inertiels est un capteur inertiel selon la présente invention. The present invention also relates to an assembly comprising at least two inertial sensors, integrated on the same substrate, at least one of the two inertial sensors is an inertial sensor according to the present invention. L'ensemble peut comporter un gyroscope et un accéléromètre selon la présente invention, ledit gyroscope et ledit accéléromètre étant encapsulés dans une cavité, les moyens d'amortissement étant tels que l'accéléromètre présente un facteur de qualité faible. The assembly may comprise a gyroscope and an accelerometer according to the present invention, said gyroscope and said accelerometer being encapsulated in a cavity, the damping means being such that the accelerometer has a low quality factor. Avantageusement la cavité dans laquelle est encapsulé l'accéléromètre est sous faible pression La présente invention a également pour objet un procédé de réalisation d'une structure ou d'un ensemble selon la présente invention, comportant les étapes : - réalisation d'au moins une résistance électrique des moyens d'amortissement sur un support destiné à former au moins en partie la partie fixe, - réalisation de la partie suspendue et de la partie fixe de la structure, - libération au moins de la partie suspendue. Advantageously the cavity in which is encapsulated the accelerometer is low pressure The present invention also relates to a method of producing a structure or assembly according to the present invention, comprising the steps: - producing at least one electrical resistance of the damping means on a support for forming at least part of the fixed part, - embodiment of the suspended part and the fixed part of the structure, - at least release of the suspended part. L'étape de réalisation de ladite au moins une résistance électrique comporte une étape de dopage de manière à contrôler la résistivité électrique de la partie du matériau dans laquelle est réalisée la au moins une résistance. The step of performing said at least one electrical resistor comprises a step of doping so as to control the electrical resistivity of the portion of material in which is formed the at least one resistor.
Le procédé réalisation peut comporter une étape de formation d'une couche de protection sur ladite résistance électrique avant la réalisation de la partie suspendue et de la partie fixe de la structure. The method embodiment may comprise a step of forming a protective layer on said electrical resistance prior to the completion of the suspended part and the fixed part of the structure. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre et des dessins en annexes sur lesquels: - la figure 1A est une représentation schématique d'un système microélectromécanique mettant en oeuvre des moyens d'amortissement selon nvention, - la figure 1B est une représentation schématique d'une variante avantageuse du système de la figure 1, dans laquelle les moyens d'amortissement agissent de manière symétrique sur la masse inertielle, - la figure 2 est une représentation schématique d'un autre exemple de réalisation d'un système microélectromécanique mettant en oeuvre des moyens d'amortissement selon l'invention offrant un amortissement augmenté, - les figures 3A, 3B et 3C sont des vues de dessus de réalisations pratiques de trois exemples de réalisation d'un système microélectromécanique selon nvention, - la figure 4A est une représentation graphique typique de la fonction de transfert d'un système BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention will be better understood using the following description and accompanying drawings in which: - Figure 1A is a schematic diagram of a microelectromechanical system embodying damping means according to nvention, - 1B is a schematic representation of an advantageous variant of the system of Figure 1, wherein the damping means act symmetrically on the inertial mass, - Figure 2 is a schematic representation of another embodiment of a microelectromechanical system using damping means of the invention providing increased amortization - 3A, 3B and 3C are top views of practical embodiments of three embodiments of a system microelectromechanical according nvention, - Figure 4A is a typical graphical representation of a system transfer function micro électromécanique - la figure 4B est un zoom de la figure 4A qui est une représentation graphique de la fonction de transfert du système pour plusieurs valeurs de résistance électrique, - la figure 5 est une représentation graphique de l'amortissement produit par les moyens d'amortissement sur la masse inertielle en fonction de la valeur de la résistance électrique des moyens d'amortissement, - la figure 6 est une représentation graphique du coefficient d'amortissement produit par les moyens d'amortissement sur la masse inertielle en fonction de la tension d'alimentation des moyens d'amortissement, - la figure 7 est une représentation graphique du facteur de qualité du système en fonction de la tension d'alimentation des moyens d'amortissement, - la figure 8 est une vue de dessus d'un dispositif intégrant un gyroscope et un accéléromètre, ce dernier étant muni de moyens d'amortissement selon l'invention, - les figures 9A à 91 sont des représentations schémati microelectromechanical - Figure 4B is a back of Figure 4A is a graphical representation of the system transfer function for more electrical resistance values, - Figure 5 is a graphical representation of the damping produced by means of damping the inertial mass as a function of the value of the electrical resistance of the damping means, - Figure 6 is a graphical representation of the damping coefficient produced by the damping means on the inertial mass as a function of the voltage supply damper means, - Figure 7 is a graphical representation of the quality factor as a function of the system supply voltage of the damping means, - Figure 8 is a top view of a device incorporating a gyroscope and an accelerometer, the latter being provided with damping means according to the invention, - figures 9A to 91 are representations schémati ques des différentes étapes de réalisation d'un système selon l'invention selon un exemple de procédé de réalisation, - les figures 10A et 10B sont des représentations schématiques d'exemple de réalisation de résistance pouvant être mises en oeuvre dans la présente invention. c the various stages of implementation of a system according to the invention according to an exemplary method of the invention, - Figures 10A and 10B are schematic representations of exemplary resistor embodiment may be implemented in the present invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Dans la description un système microélectromécanique ou nanoélectromécanique sera désigné MEMS. DETAILED DESCRIPTION OF SPECIFIC EMBODIMENTS In describing a microelectromechanical or nanoelectromechanical system will be designated MEMS.
Dans une application, un tel système est un système inertiel. In one embodiment, such a system is an inertial system. Il peut être un système inertiel résonant ou actif, ie mettant en oeuvre des moyens d'excitation et les moyens de détection, tel qu'un gyroscope ou un accéléromètre actif ou il peut être un capteur inertiel non résonant ou passif, ie ne mettant pas en oeuvre de moyens d'excitation, le signal à mesurer étant produit par l'environnement extérieur uniquement, comme par exemple un accéléromètre, un magnétomètre, un capteur de pression. It may be an inertial system resonant or active, ie employing excitation means and the detection means, such as a gyroscope or an accelerometer active or it may be a non-resonant inertial sensor or passive, ie failing out of the excitation means, the measurement signal being produced by the external environment only, such as an accelerometer, a magnetometer, a pressure sensor. La figure 1A est une représentation schématique d'un MEMS 2 et de moyens d'amortissement électromécanique 4. Le MEMS 2 comporte une partie suspendue 6 par rapport à une partie fixe 8 sur un substrat 10, la partie suspendue 6 formant une masse inertielle. 1A is a schematic representation of a MEMS 2 and electromechanical damping means 4. The MEMS 2 comprises a suspended portion 6 with respect to a fixed portion 8 of a substrate 10, the suspended portion 6 forming an inertial mass. Le MEMS 2 comporte également des moyens de détection 12 de type capacitif dans l'exemple représenté. The MEMS 2 also comprises detection means 12 of the capacitive type in the example shown. Par exemple, le MEMS 2 est un accéléromètre; For example, the MEMS accelerometer is a 2; une accélération provoque le déplacement de la masse inertielle 6 par rapport à la partie fixe 8, le déplacement relatif des peignes est alors détecté par mesure de la variation de capacités. an acceleration causes the displacement of the inertial mass 6 with respect to the fixed portion 8, the relative displacement of the combs is then detected by measuring the variation of capacity.
Dans l'exemple de la figure 1A, les moyens d'amortissement électromécanique 4 comportent une source d'alimentation en tension continue 14, une résistance électrique R et un condensateur à capacité variable C, connectés en série formant une boucle. In the example of Figure 1A, the electromechanical damping means 4 comprise a DC voltage supply source 14, an electrical resistance R and variable capacitor C, connected in series forming a loop. Le condensateur à capacité variable C est tel que sa capacité dépend de la position de la masse inertielle 6 par rapport à la partie fixe 8. Dans l'exemple représenté de manière schématique, le condensateur C est représenté par deux plaques 16, 18 en regard, une plaque 16 étant fixe par rapport à la masse inertielle 6 et l'autre plaque 18 étant fixe par rapport à la partie fixe 8. Ainsi, lorsque la masse inertielle se déplace, les plaques 16, 18 se rapprochent ou s'éloignent provoquant une variation de la capacité du condensateur par variation d'entrefer. The variable capacitance capacitor C is such that its capacity depends on the position of the inertial mass 6 with respect to the fixed portion 8. In the example shown schematically, the capacitor C is represented by two plates 16, 18 opposite , a plate 16 being fixed with respect to the inertial mass 6 and the other plate 18 being fixed relative to the stationary part 8. Thus, when the inertial mass moves, the plates 16, 18 towards or away causing a variation in the capacitance by varying airgap. Le condensateur est orienté en fonction du déplacement attendu de la masse inertielle. The capacitor is oriented according to the expected displacement of the inertial mass. Sur la figure 1A, le déplacement attendu se fait le long de l'axe Y, lors de ce déplacement les plaques 16, 18 se rapprochent ou s'éloignent. In Figure 1A, the expected movement is made along the axis Y, during this movement the plates 16, 18 towards or away. La résistance électrique R peut être rapportée sur le substrat et être connectée au condensateur et à la source d'alimentation 14. De préférence, la résistance est intégrée au plus près du MEMS, ce qui permet de réduire les capacités parasites Pour cela, la résistance est avantageusement réalisée dans le substrat, par exemple par gravure, la résistance étant alors similaire à une jauge ou à une poutre. The electrical resistance R may be attached to the substrate and be connected to the capacitor and the power source 14. Preferably, the resistor is integrated in the MEMS closer, which reduces the parasitic capacitances For this, the resistance is advantageously carried out in the substrate, for example by etching, the resistance then being similar to a gauge or beam. Elle présente une longueur importante relativement à son épaisseur à et à sa largeur de sorte à présenter une grande résistance électrique. It has a large length relative to its thickness and its width so as to have a high electrical resistance. En outre, de manière encore préférée, le dopage du matériau du substrat formant la résistance est modifié de sorte à atteindre une valeur de résistance relativement élevée. In addition, more preferably, the doping of the substrate forming the resistance material is modified so as to achieve a relatively high resistance value. Cette résistance est isolée électriquement du reste du système. This resistance is electrically insulated from the rest of the system. Elle peut être en forme de jauge, de poutre ou de filament, en outre elle peut être suspendue ou non. It can be shaped gauge beam or filament further it can be suspended or not. Sur la figure 10A, on peut voir un exemple schématique d'une résistance formée de plusieurs poutres suspendues 19, les poutres 19 étant reliées pas des ancrages 21. Sur la figure 10B, la résistance est formée par un filament 23 ancré à ses deux extrémités par des ancrages 21. Le filament a, dans l'exemple représenté, la forme d'un serpentin, mais cette forme n'est en aucun cas limitative. In Figure 10A, there is shown a schematic example formed of a resistance of several beams suspended 19, the beams 19 being connected to the anchors 21. In Figure 10B, the resistor is formed by a filament 23 anchored at both ends by anchors 21. the filament has, in the example shown, the shape of a coil, but this form is by no means exhaustive.
Un isolement électrique par jonction pn, ie en réalisant un changement de dopage brutal, peut être envisagé. Electrical insulation by pn junction, ie by producing a sudden change of doping, can be considered. Cet isolement présente l'avantage de ne pas recourir à la mise en oeuvre d'une "poutre" suspendue au sens mécanique du terme. This isolation has the advantage of not resorting to the implementation of a "beam" suspended mechanical sense. En variante, on peut réaliser cette jauge ou poutre dans un autre matériau que celui du substrat, le matériau présentant des propriétés de résistance électrique souhaitées. Alternatively, one can realize this gauge or beam in another material than the substrate, the material having desired electrical resistance properties. Il sera compris que la résistance R peut être formée de plusieurs résistances électriques en série, comme cela est par exemple représenté sur les figures 3A à 3B. It will be understood that the resistor R may be formed of a plurality of electrical resistors in series, as is for example shown in Figures 3A-3B.
Les moyens d'amortissement fonctionnent de la manière suivante : en polarisant la boucle avec une tension non nulle, une force d'attraction électrostatique apparaît entre les plaques du condensateur. The damping means operates as follows: by biasing the loop with a non-zero voltage, an electrostatic attractive force occurs between the capacitor plates. Par ailleurs, un déplacement de la masse inertielle 6 provoque une variation de capacité, qui provoque une variation du courant circulant dans la boucle. Moreover, a displacement of the inertial mass 6 causes a variation in capacitance, which causes a variation in the current flowing in the loop. Le courant ainsi généré est transformé en chaleur dans la résistance. The current thus generated is converted into heat in the resistance. L'énergie dissipée par effet Joule est donc liée au mouvement de la masse inertielle. The energy dissipated by Joule effect is linked to the movement of the inertial mass. Cette dissipation d'énergie assure un amortissement électromécanique du déplacement de la masse inertielle. This dissipation of energy provides an electromechanical damping the movement of the inertial mass. Sur la figure 1B, on peut voir un autre exemple avantageux des moyens d'amortissement 4 selon l'invention. In Figure 1B, one can see another advantageous example of the damping means 4 of the invention. Les moyens d'amortissement 4 sont disposés symétriquement par rapport à la masse inertielle 6 et agissent symétriquement sur celle-ci, ce qui évite au système de sortir de sa position d'équilibre et réduit les risques de collage. The damping means 4 are arranged symmetrically with respect to the inertial mass 6 and acting symmetrically thereon, which prevents the system out of its equilibrium position and reduces the risk of sticking. Dans la représentation schématique de la figure 1B, les moyens d'amortissement comportent une résistance R et un condensateur C en série, le condensateur dont une des plaques ou électrodes est portée par un bord 6.1 de la masse inertielle et une résistance R et un condensateur C en série, condensateur dont une des plaques ou électrodes est portée par le bord 6.2 opposé de la masse inertielle selon la direction Y. Grâce à cet amortissement symétrique, le système reste autour de sa position d'équilibre. In the schematic representation of Figure 1B, the damping means comprise a resistor R and a capacitor C in series, the capacitor of which one of the plates or electrodes is carried by a 6.1 edge of the inertial mass and a resistor R and a capacitor C in series, a capacitor whose plates or electrodes is carried by the opposite edge 6.2 of the inertial mass in the direction Y. with this symmetrical damping, the system remains around its equilibrium position. En laissant le système proche de sa position d'équilibre, l'amortissement ne modifie pas d'autres performances du capteur, telles que sa sensibilité ou sa gamme dynamique. By leaving the system close to its equilibrium position, depreciation does not affect other sensor performance such as sensitivity or dynamic range. Il sera compris que l'invention permet de réaliser aussi un amortissement dissymétrique, auquel cas, le système fonctionne hors de sa zone d'équilibre réduisant légèrement sa gamme de fonctionnement. It will be understood that the invention allows also realize an asymmetric damping, in which case the system runs out of its equilibrium zone slightly reducing its operating range. L'amortissement obtenu est équivalent en termes d'amplitude et sa mise en place plus simple, puisqu'il peut ne mettre en oeuvre par exemple qu'une seule résistance et une seule capacité variable. The damping obtained is equivalent in amplitude and its simplest implementation, since it can not be implemented for example a single resistor and a single variable capacitor. Sur la figure 2, on peut voir un autre exemple de réalisation dans lequel les moyens d'amortissement 4 comportent une source de tension continue VDc 14, n couples de résistance R1, R2,..., Rn et de condensateur à capacité variable Cl, C2,..., Cn en série, les couples étant connectés en parallèle à la source de tension. In Figure 2, there is shown a further embodiment wherein the damping means 4 comprise a DC voltage source VDc 14 n resistor R1 couples, R2, ..., Rn and variable capacitor Cl , C2, ..., Cn in series, the pairs being connected in parallel to the voltage source. Ainsi les moyens d'amortissement comportent plusieurs couples RC ayant chacune sa propre fréquence de coupure. Thus the damping means comprise several RC couples, each with its own cutoff. Les amortissements produits par chacune des boucles s'ajoutent tout en conservant une fréquence de coupure inchangée. Depreciation produced by each of the loops are added while maintaining unchanged cutoff.
En effet, l'amortissement lui-même possède une fonction de transfert avec gain et une fréquence de coupure. Indeed, the damping itself has a transfer function with gain and cutoff frequency. Ainsi, pour une fréquence de travail donnée, il existe une limite pour les valeurs de résistance et de capacité au-delà de laquelle l'amortissement devient nul. Thus, for a given operating frequency, there is a limit to the values ​​of resistance and capacitance beyond which depreciation becomes zero. En mettant en oeuvre un seul couple RC en série avec la source de tension, l'amortissement est limité afin que la fréquence d'utilisation soit inférieure à la fréquence de coupure. By implementing a single pair RC in series with the voltage source, the damping is limited so that the operating frequency is below the cutoff frequency. En associant plusieurs couples RC en parallèle, on peut augmenter l'amortissement, puisque celui-ci résulte de la somme des amortissements de chacun des couples RC, sans abaisser la fréquence de coupure, celle-ci étant égale à la moyenne des fréquences de coupure de chacun des couples RC. By combining several RC couples in parallel can be increased depreciation, since it is the sum of amortization of each of the CR pairs, without lowering the cutoff frequency, the latter being equal to the average cutoff frequencies each of RC couples.
En variante, l'amortissement peut être augmenté avec un seul couple RC en série avec une source d'alimentation en augmentant la tension d'alimentation comme cela est illustré par la représentation graphique de la figure 6 qui sera décrite ci-dessous. Alternatively, the damping may be increased with a single pair RC in series with a power source by increasing the supply voltage as illustrated by the graph of Figure 6 which will be described below. Les moyens d'amortissement 4 pourraient être réalisés de sorte qu'ils soient symétriques par rapport à la masse inertielle comme sur la figure 1B, n couple R, C agirait de chaque côté de la masse inertielle. The damping means 4 could be made so that they are symmetrical with respect to the inertial mass as shown in Figure 1B, n torque R, C would be on each side of the inertial mass.
Sur la figure 3A, on peut voir un exemple de réalisation pratique d'une structure comportant un MEMS et des moyens d'amortissement selon l'exemple de réalisation de la figure 2. Le MEMS 2 comporte une masse inertielle 6 mobile en rotation autour d'un axe Z par rapport à la partie fixe 8. La masse inertielle 6 est suspendue par rapport à la partie fixe 8 au moyen de deux poutres 20 sécantes formant la liaison pivot 22 d'axe Z. Les moyens de détection sont formés par deux jauges piézorésistives 24 montées en différentielle disposées de part et d'autre de la liaison pivot 22. Lorsque l'une des jauges 24 est déformée en extension l'autre est déformée en compression. In Figure 3A, one can see a practical embodiment of a structure having a MEMS and damping means according to the embodiment of Figure 2. The MEMS 2 comprises an inertial mass 6 rotatable around a Z axis relative to the fixed part 8. the inertial mass 6 is suspended relative to the fixed part 8 by means of two intersecting beams 20 forming the pivot connection 22 of axis Z. the detection means are formed by two piezoresistive gauges 24 mounted in differential disposed on either side of the pivot link 22. When one of the gauges 24 is deformed into the other extension is deformed in compression. En variante, on pourrait ne prévoir qu'une seule jauge. Alternatively, one could provide only a single gauge. Les moyens d'amortissement 4 comportent plusieurs condensateurs à capacité variables, quatre dans l'exemple représenté désignés par Cl, C2, C3, C4. The damping means 4 comprise a plurality of capacitors with variable capacity, four in the example shown designated by Cl, C2, C3, C4. Chaque condensateur est formé par une dent d'un peigne 26, solidaire de la masse inertielle et une dent en regard d'un peigne 28 solidaire de la partie fixe. Each capacitor is formed by a tooth of a comb 26, integral with the inertial mass and a tooth facing a comb 28 attached to the fixed part. Dans l'exemple représenté, chaque peigne est muni de quatre dents, les dents étant interdigitées. In the example shown, each comb is provided with four teeth, the teeth being interdigitated. Les dents de chaque peigne 26, 27 sont isolées électriquement entre elles et les dents des deux peignes sont isolées les unes des autres. The teeth of each comb 26, 27 are electrically insulated each other and the teeth of two combs are isolated from each other. Des résistances R1, R2, R3, R4 sont formées dans le substrat et connectées en série avec chacun des condensateurs. Resistors R1, R2, R3, R4 are formed in the substrate and connected in series with each capacitor. Dans l'exemple représenté, les résistances sont sous forme de jauges suspendues. In the example shown, the resistors are in the form of suspended gauges. Pour chaque condensateur, plusieurs éléments résistifs sont connectés en série afin d'atteindre la valeur de résistance souhaitée et sont connectés en série avec un condensateur. For each capacitor, a plurality of resistive elements are connected in series to achieve the desired resistance value and are connected in series with a capacitor. Chaque condensateur en série avec une ou plusieurs éléments résistifs forment un couple RC. Each capacitor in series with one or more resistive elements form an RC pair. Les moyens d'amortissement comportent alors plusieurs couples RC en parallèle. The damping means then have several RC couples in parallel. Le pivotement de la masse inertielle autour de l'axe Z provoque un écartement ou un rapprochement des dents des peignes et donc une variation des capacités des condensateurs Cl, C2, C3, C4. The pivoting of the inertial mass around the Z axis causes a gap or approximation of teeth of the combs and therefore a variation in the capacities of the capacitors Cl, C2, C3, C4. Dans cet exemple de réalisation, les variations de capacité se font principalement par variation des surfaces en regard. In this exemplary embodiment, the capacitance variations are mainly by variation of the facing surfaces. Les électrodes désignées 30 forment des électrodes de test destinées à vérifier le bon fonctionnement du MEMS. The electrodes designated 30 form test electrodes to verify the proper operation of MEMS. Dans l'exemple représenté, ces électrodes n'interviennent pas dans les moyens d'amortissement. In the example shown, these electrodes are not involved in the damping means.
Les couples de condensateur et de résistance sont connectés en parallèle à la source d'alimentation continue (non représentée). capacitor and resistor pairs are connected in parallel to the DC supply source (not shown). Comme expliqué en relation avec la figure 2, les amortissements s'additionnent tout en conservant une fréquence de coupure constante. As explained in connection with Figure 2, depreciation are added while maintaining a constant cutoff frequency.
Sur la figure 3B, on peut voir une variante du système de la figure 3A, dans laquelle les moyens d'amortissement comportent six condensateurs à capacités variables formés par deux peignes interdigités. 3B, there is shown a variant of the system of Figure 3A, wherein the damping means comprise six capacitors variable capacitances formed by two interdigitated combs. Comme pour le système de la figure 3A, les dents des peignes sont isolées électriquement les unes des autres les résistances R1 à R6 sont formés par plusieurs éléments résistifs en série. As for the system of Figure 3A, the teeth of the combs are electrically isolated from each other resistors R1 to R6 are formed by a plurality of resistive elements in series. Dans cette variante, les éléments résistifs sont alignés, alors que dans le système de la figure 3A, les éléments résistifs sont orientés de sorte à former des structures compactes. In this variant, the resistive elements are aligned, whereas in the system of Figure 3A, the resistive elements are oriented so as to form compact structures. Sur la figure 3C, on peut voir un autre exemple de réalisation, dans lequel les dents des peignes présentent des axes concourants au niveau de l'axe de rotation. In FIG 3C, there is shown a further embodiment wherein the teeth of the combs have intersecting axes at the axis of rotation. La structure est organisée autour de l'axe de rotation. The structure is organized around the axis of rotation. Les résistances sont similaires à celles du système de la figure 3A. The resistors are similar to the system of Figure 3A. Dans cette variante, les variations de capacité résultent d'une variation d'entrefer. In this embodiment, the variations in capacitance resulting from a variation in air gap. Dans les systèmes de figures 3A, 3B et 3C, les moyens d'amortissement sont réalisés de manière symétrique par rapport à la masse inertielle de sorte à appliquer un amortissement par couplage électromécanique symétrique à la masse inertielle. Systems in Figures 3A, 3B and 3C, the damping means are constructed symmetrically with respect to the inertial mass so as to apply a symmetrical damping electromechanical coupling to the inertial mass.
Sur la figure 4A, est représentée la fonction de transfert générale du déplacement de la masse inertielle en fonction de la fréquence en Hz par exemple du système de la figure 3A ou de la figure 3B. Figure 4A is shown the overall transfer function of the displacement of the inertial mass as a function of the frequency in Hz for example the system of Figure 3A or Figure 3B. La fonction de transfert totale du déplacement du système peut s'écrire : X 1 ,C2R2.V2W2C (C2R.V2w 1+ R2 C2 co2 + + 1+ R2C2CO2 Avec k la raideur du système, m la masse de la masse inertielle, C la capacité au repos du condensateur équivalent des moyens d'amortissement, C' la variation de capacité due à un déplacement x, Vo la tension continue polarisant le(s) couple(s) RC, yin l'amortissement mécanique du système. En séparant la partie réelle et la partie imaginaire, on obtient un terme d'inertie négative, qui modifie la fréquence de résonance du système ; C'2R2.V02(02C +R2c2c02 et un terme d'amortissement électromécanique : c,2R.v020) R2c2(02 On peut considérer la valeur de l'amortissement additionnel dû au couplage électromécanique en dessous de la fréquence de coupure comme étant proportionnelle à : y = C'2R.T702 L'amortissement varie donc effectivement en fonction de la résistance électrique. Sur la figure 4B, on peut voir un zoom de la fonction de trans The total transfer function of the displacement system can be written as: X 1, C2R2.V2W2C (C2R.V2w 1+ R2 C2 Co2 + + 1+ R2C2CO2 With k the stiffness of the system, m is the mass of the inertial mass, C the ability to stand the capacitor equivalent damping means, C 'the variation in capacitance due to a displacement x, the DC voltage Vo the polarizer (s) pair (s) RC, yin mechanical damping of the system. by separating the real part and the imaginary part, a term obtained negative inertia, which modifies the system resonant frequency; C'2R2.V02 (02C + R2c2c02 and electromechanical damping term c, 2R.v020) R2C2 (02 may be considered the value of the additional damping due to the electromechanical coupling below the cutoff frequency as being proportional to: y = C'2R.T702 the damping effectively varies depending on the electric resistance on the. 4B, one can see a zoom of the transactivation function fert en fonction de la fréquence en hertz pour différentes valeurs de la résistance électrique des moyens d'amortissement. fert depending on the frequency in hertz for different values ​​of the electrical resistance of the damping means. On constate, au vu de la figure 4B, que la fréquence de résonance varie en fonction de la valeur de la résistance. There is, in view of Figure 4B, the resonant frequency varies with the value of the resistance. On constate également que l'amortissement n'est pas proportionnel à la valeur de la résistance. We also note that depreciation is not proportional to the value of resistance. En effet, en-deçà d'une certaine valeur de la résistance, l'amortissement augmente, et au-delà de cette valeur l'amortissement diminue. Indeed, below a certain value of resistance, damping increases, and beyond this value depreciation decreases. On a alors atteint la fréquence de coupure. It was then reached the cutoff frequency.
L'amortissement peut être contrôlé au moyen de la valeur de la ou des résistances et de la source d'alimentation. The damping can be controlled by means of the value of the or resistors and the power source.
Sur la figure 5, on peut voir la variation de l'amortissement mécanique ym en fonction de résistance R pour une fréquence donnée. In Figure 5, we can see the variation of the mechanical damping microns depending on resistance R for a given frequency. C2R.V: L'amortissement électromécanique s'écrit: 1+ R2C2co2 L'amortissement mécanique ym est constant et est indépendant de la valeur de R. L'amortissement électromécanique ye varie en fonction de R et passe par un maximum. C2R.V: The electromechanical damping is: 1+ R2C2co2 The ym is constant mechanical damping and is independent of the value of A. ye electromechanical damping varies with R and reaches a maximum. Dans l'exemple représenté, la fréquence a été fixée à 3500 Hz. L'amortissement électromécanique atteint son maximum pour une valeur de résistance électrique R égale à 45,5 MO. In the example shown, the frequency was set at 3500 Hz. The electromechanical damping reaches its maximum for an electric resistance value R equal to 45.5 MB.
Sur la figure 6, on peut voir la variation de coefficient d'amortissement mécanique Cym et électromécanique Cye en fonction de différentes tensions d'alimentation des moyens d'amortissement pour une résistance de 10 MD. In Figure 6, we can see the variation of mechanical damping coefficient Cym and electromechanical Cye according to different supply voltages of the damping means to a resistance of 10 MD. L'amortissement mécanique ym est constant et est indépendant de la valeur de la tension d'alimentation. The mechanical damping ym is constant and independent of the value of the supply voltage. L'amortissement électromécanique ye augmente de manière quadratique avec la tension d'alimentation. The electromechanical damping ye increases quadratically with the supply voltage. En outre, sur la figure 7, est représentée la variation du facteur de qualité mesurée expérimentalement QE et la variation du facteur de qualité théorique QT en fonction de la tension d'alimentation. Furthermore, in Figure 7 is shown the variation of the quality factor experimentally measured QE and the variation of QT theoretical quality factor as a function of the supply voltage. Le facteur de qualité baisse donc avec l'augmentation de la tension de commande. The quality factor therefore decrease with the increase of the control voltage. La valeur du facteur de qualité peut alors être aisément contrôlée en fonction de la tension d'alimentation. The value of the quality factor can then be easily controlled according to the supply voltage. Ainsi en choisissant la résistance R et/ou la valeur de la source d'alimentation ou le courant d'alimentation, il est possible d'obtenir l'amortissement souhaité et donc le facteur de qualité souhaité. So when choosing the resistor R and / or the value of the power supply or the supply current, it is possible to achieve the desired damping and thus the desired quality factor. Par conséquent, grâce à l'invention, le facteur de qualité d'une structure peut être réglé très facilement et peut même être commandé au cours du fonctionnement de la structure en commandant la valeur de l'alimentation continue. Therefore, thanks to the invention, the quality factor of a structure can be adjusted very easily and may even be controlled during operation of the structure by controlling the value of the DC power supply. Comme mentionné ci-dessus, les moyens d'amortissement peuvent comporter un condensateur à variation de surface ou à variation d'entrefer. As mentioned above, the damping means may comprise a surface of variable capacitor or variable air gap.
Dans le cas d'un ou plusieurs condensateurs à variation d'entrefer, la capacité C s'écrit: C = g Avec S la surface des places, g l'entrefer et E0 la permittivité de l'air. In the case of one or more capacitors to air gap variation, the capacitor C is: C = g S with the surface of the squares, the air gap g and E0 air permittivity. L'amortissement est proportionnel à la variation de capacité C', C' s'écrit : eoS 2(g -92 Avec x le déplacement entre les deux plaques du condensateur. C' est alors proportionnelle à l'inverse du carré de la valeur de l'entrefer. Par conséquent l'amortissement est bien proportionnel à la variation d'entrefer. Du fait des contraintes des procédé de fabrication utilisé en microélectronique, les condensateurs à variation d'entrefer ont l'avantage de présenter un meilleur rapport C'/C, par rapport aux condensateurs à variation de surface, ce qui permet d'atteindre des amortissements plus importants. Cependant leur utilisation peut entraîner des phénomènes de saut au contact ou phénomènes de pull-in et générer des raideurs négatives plus importantes que les peignes interdigités. Le saut au contact ou pull-in en anglais est un effet électrostatique présent entre autre dans les condensateurs à variation d'entrefer (plan-plan), Lorsqu'on applique une tension entre le The damping is proportional to the change in capacitance C ', C' can be written. EOS 2 (-92 g With x the displacement between the two plates of the capacitor C 'is then proportional to the inverse square of the value of the gap. Consequently, the damping is proportional to the gap variation. Due to the constraints of the manufacturing process used in microelectronics, the gap variable capacitors have the advantage of a better ratio C ' / C, relative to surface variable capacitors, which achieves greater depreciation. However, their use can lead to jump phenomena in contact phenomena or pull-in and generate greater negative stiffness as combs interdigitated. the jump in contact or pull-in English is an electrostatic effect between this other in the capacitor air gap variation (plane-plane) When applying a voltage between the s deux plaques mobile du condensateur elle se rapproche l'une de l'autre. s two mobile plates of the capacitor it approaches from one another. Si la tension est trop forte les deux plaques viennent se collé l'une contre l'autre. If the voltage is too high the two plates come to be bonded against each other. On appel cette tension critique, la tension de saut au contact ou la tension de pull-in en anglais. We call this critical voltage, jump voltage contact or voltage pull-in English. De plus, l'utilisation de condensateur à variation d'entrefer permet de maximiser l'effet de d'amortissement par film d'air. Furthermore, gap variable capacitor use to maximize the damping effect by air film. Ainsi, outre l'amortissement par couplage électromécanique, les moyens d'amortissement amplifient l'amortissement par film d'air. Thus, besides the damping electromechanical coupling, the damping means amplify the damping by air film. Dans un autre mode de réalisation, les moyens d'amortissement pourraient comporter en outre une inductance. In another embodiment, the damping means may further include an inductor. De tels moyens d'amortissement permettraient d'obtenir un couplage électromécanique d'ordre 2, et ainsi d'avoir un facteur de qualité supérieur à 1. Le MEMS peut être un gyroscope. Such damping means would achieve an electromechanical coupling of order 2, and thus to have a quality factor greater than 1. The MEMS may be a gyroscope. Les moyens d'amortissement sont alors de préférence des moyens d'amortissement commandables, permettant de modifier l'amortissement et donc de modifier le facteur de qualité du gyroscope au cours du fonctionnement du gyroscope. The damping means are then preferably controllable damping means for changing the damping and thus alter the quality factor of the gyroscope during operation of the gyroscope. Avantageusement, les moyens d'amortissement sont commandés de sorte qu'au démarrage du fonctionnement du gyroscope le facteur de qualité est réduit, ce qui a pour effet d'élargir la plage de démarrage de la boucle à verrouillage de phase (PLL). Advantageously, the damping means are controlled such that gyroscope operation startup the quality factor is reduced, which has the effect of broadening the starting range of the phase locked loop (PLL). Les moyens d'amortissement sont ensuite commandés afin d'augmenter le facteur de qualité du gyroscope. The damping means are then controlled to increase the quality factor of the gyroscope. Le MEMS peut être un accéléromètre qui est encapsulé sous une pression faible, les moyens d'amortissement sont alors tels qu'ils diminuent le facteur de qualité de l'accéléromètre. The MEMS accelerometer that can be encapsulated in a low pressure, the damping means are then decrease as the accelerometer quality factor. Cette encapsulation à faible pression est particulièrement intéressante dans le cas d'accéléromètre encapsulé avec un gyroscope qui requiert une faible pression pour son fonctionnement. This encapsulation low pressure is particularly interesting in the case of encapsulated accelerometer with a gyro that requires a low pressure for operation. Ainsi il est possible de réaliser des systèmes combinant gyroscope G1-accéléromètre Acc1 tout en assurant un bon fonctionnement à la fois du gyroscope et de l'accéléromètre. Thus it is possible to realize systems combining gyro-accelerometer G1 Acc1 while ensuring a proper functioning of both the gyroscope and accelerometer. Un tel dispositif est représenté sur la figure 8. L'accéléromètre ACC1 comporte les moyens d'amortissement selon l'invention. Such a device is shown in Figure 8. The accelerometer ACC1 includes the damping means according to the invention. Les moyens d'amortissement peuvent également être appliqués à tout capteur inertiel, tel qu'un capteur de pression ou un magnétomètre. The damping means may also be applied to any inertial sensor, such as a pressure sensor or a magnetometer. De manière particulièrement intéressante, l'énergie dissipée lors de l'amortissement vient uniquement du résonateur. In a particularly interesting way, the energy dissipated during the amortization is only the resonator. Le courant dans la boucle de dissipation étant alternatif et la tension étant continue (et stationnaire), la puissance fournie par la source de tension continue au cours d'une période est globalement égale à O. Par conséquent l'apport en énergie est nul. The current in the dissipation loop being AC and the voltage being continuous (and stationary), the power supplied by the DC voltage source during a period generally equal to O. Therefore, the energy input is zero. Nous allons maintenant décrire un exemple de procédé de réalisation d'uns structure MEMS munie de moyens d'amortissement selon la présente invention. We now describe an exemplary method of making each MEMS structure with damping means according to the present invention.
Dans l'exempte décrit ci-dessous, la structure MEMS est un accéléromètre mais tout autre dispositif peut être réalisé par ce procédé. In the example described below, the MEMS structure is an accelerometer, but any other device can be produced by this method. Dans l'exemple décrit, on utilise un substrat SOI (Silicium sur isolant ou "Silicon On lnsulator" en terminologie anglaise). In the example described, using a SOI substrate (Silicon On Insulator or "Silicon On lnsulator" in English terminology). Le substrat 100 comporte un couche de silicium 102 désignée généralement Bulk, une couche d'oxyde 104 et une couche de silicium 106 recouvrant la couche d'oxyde 104. Le substrat 10 est représenté schématiquement sur la figure 9A, Par exemple, la couche de silicium en surface 106 a une épaisseur comprise entre 0,1 ptrn et 100 pm et la couche d'oxyde enterrée 104 a une épaisseur comprise entre 0,5 gm et 511m. The substrate 100 comprises a silicon layer 102 designated generally Bulk, an oxide layer 104 and a silicon layer 106 overlying the oxide layer 104. The substrate 10 is shown schematically in Figure 9A, for example, the layer silicon surface 106 has a thickness of between 0.1 and 100 pm PTRN and the buried oxide layer 104 has a thickness of between 0.5 gm and 511m. Par exemple, la couche de silicium a une épaisseur de 250 nm et une couche d'oxyde a une épaisseur de 1 pm Lors d'une première étape, on effectue une implantation de dopants sur toute la couche sauf dans une zone donnée 108 dans laquelle sera formée la résistance électrique des moyens d'amortissement. For example, the silicon layer has a 250 nm thickness and an oxide layer has a thickness of 1 pm During a first step, is carried out implantation of dopants over the entire layer except in an area 108 wherein will be formed the electrical resistance of the damping means. Pour cela on utilise par exemple un masque photosensible pour délimiter la zone à implanter qui est éliminé par la suite. For this example using a photomask to define the area to be implanted which is removed thereafter. Ensuite, on effectue de préférence une homogénéisation des dopants implantés dans toute l'épaisseur de la couche de silicium 106 en effectuant un recuit, par exemple à 1050°C pendant 5 min. Then, preferably carried out homogenization of the implanted dopants in the entire thickness of the silicon layer 106 by performing an anneal, for example at 1050 ° C for 5 min. L'élément ainsi formé est représenté sur la figure 98. The element thus formed is shown in Figure 98.
Lors d'une étape suivante, on réalise une lithographie pour délimiter la résistance R ou jauge résistive destinée à former les moyens d'amortissement et ensuite une gravure'de la couche de silicium 106 avec un arrêt sur la couche d'oxyde 104. La gravure est par exemple une gravure ionique réactive profonde (en anglais Deep Reactive Ion Etching DRIE). In a next step, a lithography to define the resistor R or resistive gauge for forming the damping means and then a gravure'de the silicon layer 106 with a stop on the oxide layer is carried out 104. The etching, for example deep reactive ion etching (English DRIE deep reactive Ion etching). Dans l'exemple représenté, on réalise simultanément le ou les jauges 24 piézorésistives destinées à la détection du déplacement de la masse mobile. In the example shown, are carried out simultaneously the at least one piezoresistive gauges 24 for detecting the displacement of the moving mass. L'élément ainsi formé est représenté sur la figure 9C. The element thus formed is shown in Figure 9C. Lors d'une étape suivante, on forme une couche de 5102 110 sur la couche de silicium gravée 106, par exemple par plasma haute densité (HDP "high density plasma" en anglais) une profondeur de 250 nm. In a next step, a layer of 5102 110 on the silicon layer etched 106, for example, by high density plasma (HDP "high density plasma" in English) a depth of 250 nm.
Cette couche forme une couche de protection pour la résistance R réalisée ci-dessus et les jauges piézorésistives 24 L'élément ainsi formé est représenté sur la figure 9D. This layer forms a protective layer for the resistance R formed above and the piezoresistive gauges 24 The element thus formed is shown in Figure 9D. Lors d'une étape suivante, on effectue une lithographie sur la couche 110 de sorte à délimiter une portion de protection 112 de la résistance R et et une portion 114 protège le ou les jauges piézorésistives, les portions de protection sont destinées à protéger la résistance et les jauges contre les gravures qui vont suivre. In a next step, lithography is performed on the layer 110 so as to delimit a protection portion 112 of the resistor R and a portion 114 and protects the one or more piezoresistive gauges, the protective portions are intended to protect the resistance and gauges against the engravings that follow. On effectue ensuite une gravure de la couche 110 avec arrêt sur le silicium. This is followed by etching of the barrier layer 110 with the silicon.
Le masque est retiré et une étape de nettoyage a lieu. The mask is removed and a cleaning step takes place. L'élément ainsi formé est représenté sur la figure 9E. The element thus formed is shown in Figure 9E. Lors d'une étape suivante, on forme une couche de silicium 116 sur l'élément de la figure 10 E, par exemple par croissance épitaxiale sur une épaisseur de 20 um, de préférence cette croissance a lieu en quatre étapes de sorte à former quatre couches de 5 um. In a next step, forming a silicon layer 116 of the element of Figure 10 E, for example by epitaxial growth to a thickness of 20 um, preferably this growth takes place in four stages so as to form four layers of 5 .mu.m. Ensuite une étape de polissage mécano-chimique a lieu. Then a chemical mechanical polishing step takes place. L'élément ainsi formé est représenté sur la figure 9F. The element thus formed is shown in Figure 9F. Lors d'une étape suivante, on forme une couche de AlSi 118. L'élément ainsi formé est représenté sur la figure 9G. In a next step, a layer of AlSi 118. The element thus formed is shown in Figure 9G.
Lors de l'étape suivante on réalise une lithographie de manière à définir le MEMS. In the next step lithography is performed to define the MEMS. On dépose un masque puis on grave à la fois les couches 116 et 118. Par une seconde gravure de la couche 118, on définit la reprise de contact et les pistes conductrices. Depositing a mask and etching both the layers 116 and 118. By a second etching of the layer 118, we define the contact pickup and the conductive tracks. Un nettoyage peut ensuite avoir lieu. Cleaning may then take place.
L'élément ainsi formé est représenté sur la figure 9H. The element thus formed is shown in Figure 9H. Enfin, les structures suspendues sont libérées par exemple par gravure à l'acide fluorhydrique; Finally, the suspended structures are released for example by etching with hydrofluoric acid; il s'agit par exemple d'une gravure au temps. it is for example an etching time. L'accéléromètre et la jauge formant la résistance électrique des moyens d'amortissement sont ainsi libérés. The accelerometer and the gauge forming the electrical resistance of the damping means are thus released. L'élément ainsi formé est représenté sur la figure 91. The element thus formed is shown in Figure 91.
Un capot est avantageusement reporté sur le substrat muni du dispositif ainsi obtenu. A cover is advantageously transferred onto the substrate provided with the thus obtained device. Le scellement peut se faire de manière connue. Sealing can be done in a known manner. Le procédé de réalisation de la structure accéléromètre et moyens d'amortissement est peu complexifié par rapport au procédé de réalisation de l'accéléromètre seul. The method of making the accelerometer and damping means structure is somewhat more complex compared with the process embodiment of the one accelerometer. L'intégration des moyens d'amortissement selon l'invention dans une structure microélectronique requiert un niveau de masque. The integration of the damping means according to the invention in a microelectronic structure requires mask level. En variante, on peut envisager de réaliser la ou les résistances sur le capot et ensuite de la ou les connecter avec le ou les condensateurs réalisés sur le substrat portant le dispositif. Alternatively, one can envisage making the resistor or resistors on the hood and then the or connect with the capacitor or capacitors formed on the substrate carrying the device. Les étapes de réalisation de la ou des résistances sont similaires à celles décrites ci-dessus pour la réalisation de la ou des résistances sur le substrat muni du dispositif. The steps of forming the or resistors are similar to those described above for the embodiment of the or resistors on the substrate provided with the device. Dans ce cas, lors de l'assemblage avec le substrat muni du dispositif, des contacts sont prévus afin d'assurer la connexion électrique entre la ou les résistances et le condensateurs réalisés sur le substrat portant le dispositif, de sorte à former un eutectique, par exemple Or/Silicium. In this case, upon assembly with the substrate provided with the device, contacts are provided to ensure electrical connection between the resistor or resistors and the capacitors produced on the substrate carrying the device, so as to form a eutectic, for example gold / silicon. En variante, il peut s'agir d'un eutectique Al/Ge ou Au/Sn. Alternatively, it may be a eutectic Al / Ge or Au / Sn.
REVENDICATIONS1. REVENDICATIONS1. Structure microélectromécanique et/ou nanoélectromécanique comportant au moins une partie fixe (8) et au moins une partie suspendue (6) par rapport à la partie fixe (8) et des moyens d'amortissement (4) du déplacement de la partie suspendue (6) par rapport à la partie fixe (8), lesdits moyens d'amortissement (4) étant des moyens d'amortissement électromécaniques comportant au moins une source d'alimentation continue (14), au moins une résistance électrique (R) et au moins un condensateur à capacité variable (C) en série avec la résistance, ledit au moins condensateur et ladite au moins résistance formant avec la source d'alimentation au moins une boucle, ledit condensateur à capacité variable (C) étant formé en partie par la partie suspendue (6) et en partie par la partie fixe (8) de sorte qu'un déplacement de la partie suspendue (6) provoque une variation de capacité du condensateur à capacité variable (C). Structure microelectromechanical and / or nanoelectromechanical comprising at least one fixed part (8) and at least one suspended portion (6) relative to the fixed part (8) and damping means (4) of displacement of the sprung portion (6 ) relative to the fixed part (8), said damping means (4) being of electromechanical damping means comprising at least one DC power source (14), at least one electric resistor (R) and at least a variable capacitor (C) in series with the resistor, said capacitor and said at least at least resistor forming with the power source at least one loop, said variable capacitor (C) being formed in part by the part suspended (6) and in part by the fixed part (8) so that movement of the suspended portion (6) causes a capacitance variation of the variable capacitor (C).
2. Structure selon la revendication 1, comportant au moins n ensembles comprenant une résistance électrique (R1,...Rn) et un condensateur à capacité variable (C1,...Cn) en série avec la résistance, lesdits n ensembles étant connectés en parallèle sur la source d'alimentation continue (14), de sorte à former n boucles ayant la même source d'alimentation. 2. Structure according to claim 1, comprising at least n sets comprising an electrical resistor (R1, ... Rn) and a variable capacitor (C1, ... Cn) in series with the resistor, said n sets being connected in parallel across the DC supply source (14) so ​​as to form n loops having the same power source.
3. Structure selon la revendication 2, dans laquelle n est un nombre pair et la structure comporte une partie fixe à n motifs électriquement indépendants, les n condensateurs (C1,...Cn) à capacité variable des n ensembles étant formés par lesdites n motifs de la partie fixe, ces derniers étant disposés de part et d'autre de la partie suspendue (6) par rapport à un plan de symétrie de ladite partie suspendue (6). 3. Structure according to claim 2, wherein n is an even number and the structure comprises a fixed part to n electrically independent units, the n capacitors (C1, ... Cn) with variable capacitance of the n sets being formed by said n units of the fixed part, the latter being arranged on either side of the suspended portion (6) relative to a plane of symmetry of said suspended portion (6).
4. Structure selon la revendication 2 ou 3, dans laquelle la partie suspendue comporte un peigne muni de n dents, et la partie fixe comporte un peigne munide n dents formants n motifs, les deux peignes étant interdigités, de sorte qu'une dent d'un peigne forme avec une dent d'un autre peigne un condensateur à capacité variable. 4. Structure according to claim 2 or 3, wherein the overhang portion comprises a comb provided with n teeth, and the fixed part comprises a comb teeth formants munide n n units, the two combs being interdigitated, so that a tooth of a comb shape with a tooth of a comb another variable capacitor.
5. Structure selon l'une des revendications 1 à 4, dans laquelle le au moins condensateur à capacité variable (C) est à variation d'entrefer. 5. Structure according to one of claims 1 to 4, wherein at least the variable capacitor (C) is variable gap.
6. Structure selon l'une des revendications 1 à 4, dans laquelle le au moins condensateur à capacité variable (C) est à variation de surface. 6. Structure according to one of claims 1 to 4, wherein at least the variable capacitor (C) is surface variation.
7. Structure selon l'une des revendications 1 à 6, dans laquelle au moins une électrode du au moins un condensateur à capacité variable (C) est formée par au moins une électrode de test (30) de la structure. 7. Structure according to one of claims 1 to 6, wherein at least one electrode of at least one variable capacitor (C) is formed by at least one test electrode (30) of the structure.
8. Structure selon l'une des revendications 1 à 7, dans laquelle la résistance électrique (R) est formée en partie par la partie fixe. 8. Structure according to one of claims 1 to 7, wherein the electrical resistance (R) is formed in part by the fixed part.
9. Structure selon l'une des revendications 1 à 8, dans laquelle les moyens d'amortissement sont commandables de sorte à appliquer un effort d'amortissement variable. 9. Structure according to one of claims 1 to 8, wherein the damping means are controllable so as to apply a variable damping force.
10. Structure selon l'une des revendications 1 à 9, comportant des moyens de détection des déplacements de la partie suspendue et formant un capteur inertiel. 10. Structure according to one of claims 1 to 9, comprising detecting means of the displacement of the sprung portion and forming an inertial sensor.
11. Structure selon la revendication 10, dans laquelle le capteur inertiel est un accéléromètre. 11. Structure according to claim 10, wherein the inertial sensor is an accelerometer.
12. Structure selon la revendication 10, comportant des moyens d'excitation d'au moins une partie de la partie suspendue.30 12. The structure of claim 10, further comprising excitation means of at least a portion of the part suspendue.30
13. Structure selon la revendication 12, dans laquelle les moyens d'amortissement sont commandables de sorte à appliquer un effort d'amortissement variable et dans laquelle le capteur inertiel est un gyroscope. 13. Structure according to claim 12, wherein the damping means are controllable so as to apply a damping force variable, and wherein the inertial sensor is a gyroscope.
14. Ensemble comportant au moins deux capteurs inertiels, intégrés sur le même substrat, au moins un des deux capteurs inertiels est un capteur inertiel selon l'une des revendications 10 à 13. 14. An assembly comprising at least two inertial sensors, integrated on the same substrate, at least one of the two inertial sensors is an inertial sensor according to one of claims 10 to 13.
15. Ensemble selon la revendication 14, comportant un gyroscope et un accéléromètre selon les revendications 11 et 13, ledit gyroscope et ledit accéléromètre étant encapsulés dans une cavité, les moyens d'amortissement étant tels que l'accéléromètre présente un facteur de qualité faible. 15. The assembly of claim 14 including a gyroscope and an accelerometer according to claims 11 and 13, said gyroscope and said accelerometer being encapsulated in a cavity, the damping means being such that the accelerometer has a low quality factor.
16. Procédé de réalisation d'une structure ou d'un ensemble selon l'une des revendications là 15, comportant les étapes: - réalisation d'au moins une résistance électrique des moyens d'amortissement sur un support destiné à former au moins en partie la partie fixe, - réalisation de la partie suspendue et de la partie fixe de la structure - libération au moins de la partie suspendue. 16. A method of making a structure or an assembly according to one of claims 15 there, comprising the steps: - producing at least one electrical resistance of the damping means on a support intended to form at least in part the fixed part, - embodiment of the suspended part and the fixed part of the structure - at least release of the suspended part. 20 20
17. Procédé de réalisation selon la revendication 16, dans laquelle, la réalisation de ladite au moins une résistance électrique comporte une étape de dopage de manière à contrôler la résistivité électrique de la partie du matériau dans laquelle est réalisée la résistance (R). 17. A production method according to claim 16, wherein performing said at least one electrical resistor comprises a doping step so as to control the electrical resistivity of the portion of the material wherein is formed the resistor (R). 25 25
18. Procédé de réalisation selon la revendication 16 ou 17, comportant une étape de formation d'une couche de protection sur ladite résistance électrique avant la réalisation de la partie suspendue et de la partie fixe de la structure. 18. A production method according to claim 16 or 17, comprising a step of forming a protective layer on said electrical resistance prior to the completion of the suspended part and the fixed part of the structure.
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