Source: https://patents.google.com/patent/EP2065713A1/en
Timestamp: 2018-12-10 12:16:14+00:00
Document Index: 47952730

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EP2065713A1 - Detection device with a hanging piezoresistive strain gauge comprising a strain amplification cell - Google Patents
Detection device with a hanging piezoresistive strain gauge comprising a strain amplification cell Download PDF
EP2065713A1
EP2065713A1 EP20080169823 EP08169823A EP2065713A1 EP 2065713 A1 EP2065713 A1 EP 2065713A1 EP 20080169823 EP20080169823 EP 20080169823 EP 08169823 A EP08169823 A EP 08169823A EP 2065713 A1 EP2065713 A1 EP 2065713A1
EP20080169823
EP2065713B1 (en )
The device e.g. resonator (100), has a detection unit for detecting constrains exerted by a test body e.g. resonant element (102), under an action of effort to be measured. A constrain amplification cell includes two rigid arms (106, 118) whose ends are mechanically coupled with respect to each other by a connection element (110), and another end of the arm (106) is mechanically connected to the body. Another end of the arm (118) is anchored to a silicon on an insulator substrate, and the connection element is mechanically coupled to an end of a suspended piezo-resistive constrain gauge (112).
DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR TECHNICAL FIELD AND PRIOR ART
L'invention concerne le domaine des microcomposants ou des nanocomposants, notamment en silicium, par exemple des capteurs inertiels, notamment des accéléromètres, des gyromètres ou des capteurs de force, des capteurs chimiques résonants, et des résonateurs. The invention relates to the field of microcomponents or nanodevices, including silicon, for example inertial sensors, including accelerometers, gyroscopes or force sensors, resonant chemical sensors and resonators.
Elle trouve application dans des domaines variés, tels que l'automobile, la téléphonie mobile ou l'avionique, pour former par exemple une base de temps ou réaliser un filtrage mécanique. It finds application in various fields, such as automobiles, mobile telephony or avionics, to form for example a time base or achieve a mechanical filtering.
De manière connue, les capteurs résonants peuvent être réalisés : As is known, resonant sensors can be made:
soit en technologie de volume, auquel cas l'élément sensible du capteur est réalisé sur toute l'épaisseur d'un substrat en silicium ou en quartz par des étapes de gravure humide, either volume technology, in which case the sensing element of the sensor is formed over the entire thickness of a silicon or quartz substrate by the steps of wet etching,
soit en technologie de surface, auquel cas le substrat de silicium est usiné uniquement sur une fraction de son épaisseur, par exemple comprise entre quelques micromètres et quelques dizaines de micromètres. either surface technology, in which case the silicon substrate is machined only over a fraction of its thickness, for example between a few microns and a few tens of micrometers. Le document The document , décrit un exemple d'un tel capteur résonant. Discloses an example of such a resonating sensor.
Dans un capteur inertiel résonant réalisé en technologie de surface, le résonateur vibre dans le plan du substrat et des électrodes d'excitation/détection sont obtenues par gravure plasma DRIE (gravure ionique réactive profonde) dans le substrat. In an inertial resonant realized in surface technology sensor, the resonator vibrates in the plane of the substrate and excitation / detection electrodes are obtained by plasma etching DRIE (deep reactive ion etching) in the substrate. L'usinage par gravure plasma DRIE puis la libération des éléments du capteur par une gravure d'une couche sacrificielle permettent d'optimiser le dessin (« design ») du capteur, et notamment de rapprocher le résonateur des charnières d'encastrement, ou d'ancrage, le reliant au reste du substrat. Machining by DRIE etching plasma and then the release of the sensor elements by etching a sacrificial layer used to optimize the design ( "design") of the sensor, and in particular to bring the resonator of recessed hinges, or anchoring, connecting it to the rest of the substrate.
Dans un capteur résonant à base de silicium, la détection de la vibration est réalisée par des moyens électrostatiques, des moyens piézorésistifs à résistances implantées, ou encore par des moyens piézoélectriques. In a resonant sensor based on silicon, the detection of the vibration is carried out by electrostatic means, the piezoresistive means implanted resistors or by piezoelectric means. Or, dans le cas d'une miniaturisation de ce type de capteur, par exemple dans le cadre de la réalisation de NEMS (nanosystème électromécanique), ces types de détection deviennent problématiques à cause de la très faible capacité de mesure dans le cas d'une détection électrostatique, de la difficulté de réalisation de jauges piézorésistives par implantation, ou de la problématique, dans le cas de jauges piézoélectriques, liée au dépôt d'un matériau piézoélectrique sur le résonateur, induisant une baisse du facteur de qualité. Or, in the case of miniaturization of this type of sensor, for example as part of the realization of NEMS (nanoelectromechanical systems), these types of detection become problematic due to the very low capacity measure in the case of an electrostatic detection, the difficulty of achieving piezoresistive gauges by implantation, or of the problem, in the case of piezoelectric gauges, connected to the deposition of a piezoelectric material of the resonator, leading to a decrease in the quality factor.
Dans le cas des capteurs résonants à détection piézorésistive de type MEMS (microsystème électromécanique), des jauges se trouvant en surface d'un corps d'épreuve ne détectent qu'une contrainte normale provoquée par un mouvement de flexion hors-plan, c'est-à-dire normal à un plan du substrat à partir duquel est réalisé le capteur. In the case of resonant sensors piezoresistive detection type MEMS (microelectromechanical system), gauges located on the surface of a test body detect only a normal stress caused by out of plane bending movement, -to say normal to a plane of the substrate from which is formed the sensor. Cela implique : That implies :
une restriction importante des dessins possibles des capteurs, notamment dans le cas de capteurs bi-axes intégrés tels que des capteurs inertiels, a significant restriction of possible designs of sensors, especially in the case of integrated dual-axis sensors such as inertial sensors,
une mauvaise adaptation à des capteurs réalisés en technologie de surface, poor adaptation for sensors made using surface technology,
une mauvaise adaptation à des capteurs « ultra-miniaturisés », tels que les NEMS, tant il est difficile de définir, avec une précision suffisante et sans ajout de contraintes mécaniques dues aux métallisations sur le corps d'épreuve, les zones de dopage et de connectique, pour la réalisation de ponts de jauges, sur des poutres de quelques dizaines de nanomètres de largeur. maladaptation to sensors "ultra-miniaturized," such as NEMS, as it is difficult to define with sufficient accuracy and without addition of mechanical stresses due to the metallizations on the test body, the doping zones and connectivity, to achieve gauges bridges on beams of several tens of nanometers wide.
Le document The document , décrit un autre type de capteur dans lequel des jauges piézorésistives sont réalisées par dépôt d'une couche conductrice sur le résonateur. Discloses another type of sensor in which the piezoresistive gauges are produced by depositing a conductive layer over the resonator. Mais un tel dépôt peut conduire à plusieurs inconvénients majeurs : But such deposits can lead to several major drawbacks:
l'ajout de contraintes au niveau de la poutre, adding constraints on the beam,
une baisse du facteur de qualité du résonateur, a decline in the resonator quality factor,
l'apparition d'étapes critiques en plus des étapes de réalisation du résonateur proprement dites (dépôt d'une couche très mince de matériau conducteur avec un contrôle très strict de l'épaisseur, alignement, photolithographie et gravure des jauges sur la poutre), the occurrence of critical steps in addition to steps embodiment of the actual resonator (deposition of a very thin layer of conductive material with a very strict control of the thickness, alignment, photolithography and etching of the gauges on the beam),
une détection se faisant hors plan, ce qui peut être un inconvénient en terme de dessin, surtout si l'on souhaite avoir une excitation électrostatique isolée du substrat, par exemple dans le cas d'un résonateur en silicium monocristallin, a detection being made out of plane, which can be a disadvantage in terms of design, especially if one wishes to have an isolated electrostatic excitation of the substrate, for example in the case of a single crystal silicon resonator,
un faible coefficient piézorésistif (par rapport à une jauge de silicium) induisant une plus faible sensibilité. low piezoresistive coefficient (with respect to a silicon gauge) resulting in a lower sensitivity.
Le document The document , décrit un autre type de capteur dans lequel les jauges sont définies par gravure du silicium. Discloses another type of sensor in which the gauges are defined by etching the silicon. Le silicium n'est plus dopé en surface et la détection (tension, compression) se fait dans le plan. Silicon is not doped on the surface and detecting (tension, compression) is effected in the plane. Une telle configuration, appelée jauge suspendue, est bien adaptée à une technologie de surface et à la réalisation de capteurs de très petites dimensions (NEMS) par rapport aux jauges de type implantée ou déposée. Such a configuration called suspended gauge, is well suited for surface technology and the achievement of very small sensors (NEMS) compared to type gauges implanted or deposited. Par contre, dans le cas d'un capteur de petites dimensions, présentant une petite masse sismique, la sensibilité du capteur est faible. For against, in the case of a small-sized sensor, having a small inertial mass, the sensor sensitivity is low.
Un but de la présente invention est de proposer un dispositif, ou microcomposant ou nanocomposant, de type capteur et/ou résonateur, réalisé avantageusement en technologie de surface, présentant une sensibilité et une précision élevée (rapport signal/bruit important, faible dérive en température), adaptable aux NEMS, c'est-à-dire aux capteurs de très petites dimensions (échelle nanométriques). An object of the present invention is to propose a device, or microcomponent or nanocomponent, sensor type and / or resonator, advantageously made of surface technology, having a sensitivity and high accuracy (signal / high noise, low temperature drift ), adaptable to NEMS, that is to say the sensors very small (nanometer scale).
Pour résoudre ces problèmes, l'invention propose de réaliser un dispositif, ou microcomposant ou nanocomposant, à détection piézorésistive réalisé avantageusement en technologie de surface, comportant au moins : To solve these problems, the invention proposes to provide a device, or microcomponent or nanocomponent in advantageously made of piezoresistive detection surface technology, comprising at least:
un corps d'épreuve où s'exerce un effort à mesurer, a test body which is exerted a force to be measured,
des moyens de détection d'une contrainte exercée par le corps d'épreuve sous l'action de l'effort, comportant au moins une jauge de contrainte piézorésistive suspendue, means for detecting a strain exerted by the proof body under the action of the effort, comprising at least one suspended piezoresistive strain gauge,
une cellule d'amplification de contrainte comprenant au moins deux bras rigides reliés mécaniquement l'un à l'autre par au moins un élément de liaison au niveau d'une première de leurs extrémités, une seconde extrémité d'un premier des deux bras rigides étant reliée mécaniquement au corps d'épreuve, une seconde extrémité d'un second des deux bras rigides étant ancrée à un substrat, ledit élément de liaison, ou les premières extrémités des deux bras rigides, étant relié mécaniquement à une première extrémité de la jauge de contrainte piézorésistive suspendue. a strain amplifier cell comprising at least two rigid arms mechanically linked to each other by at least one connecting member at a first of their ends, a second end of a first of the two rigid arms being mechanically linked to the proof body, a second end of a second of the two rigid arms being anchored to a substrate, said connecting member, or the first ends of the two rigid arms being mechanically connected to a first end of the dipstick of suspended piezoresistive strain.
On entend par corps d'épreuve tout élément mécanique apte à se déformer sous l'effet d'une contrainte extérieure (accélération, pression, température, ...). mechanical element by the test body is meant capable of deforming under the effect of an external stress (acceleration, pressure, temperature, ...). Par exemple, dans le cas de capteurs inertiels, le corps d'épreuve peut correspondre à une ou plusieurs masses sismiques. For example, in the case of inertial sensors, the test body may correspond to one or more seismic masses. Dans le cas d'un résonateur ou d'un capteur résonant, le corps d'épreuve peut correspondre à une ou plusieurs structures résonantes, appelées aussi résonateurs. In the case of a resonator or resonant sensor, the test body may correspond to one or more resonant structures, also called resonators.
Lorsque le dispositif est de type résonateur ou capteur résonant, seule la fréquence du signal piézorésistif est détectée aux bornes de la jauge de contrainte piézorésistive suspendue, et non son amplitude. When the device is a resonator or resonant sensor type, only the frequency of the piezoresistive signal is detected at the terminals of the suspended piezoresistive strain gauge, and not its amplitude. On profite ainsi à la fois de la grande sensibilité de la détection de variation fréquentielle, et de la simplicité de mise en oeuvre de la détection piézorésistive. This takes advantage of both the high sensitivity of the frequency variation detection, and the simplicity of implementation of the piezoresistive detection.
De plus, avec ce type de dispositif, on peut s'affranchir d'une métallisation du résonateur ou d'une implantation de la jauge, qui sont des techniques très contraignantes d'un point de vue technologique pouvant également dégrader les performances du dispositif. Moreover, with this type of device can be dispensed with metallization of the resonator or implantation of the gauge, which are very demanding techniques of a technological perspective can also degrade device performance.
L'invention peut être utilisée pour réaliser un oscillateur, un résonateur ou n'importe quel capteur résonant ou non (accéléromètre, gyromètre, capteur de pression, de masse ou biochimique...). The invention may be used to produce an oscillator, a resonator, or any resonant or non sensor (accelerometer, gyroscope, pressure sensor, mass or biochemical ...).
Lorsque le dispositif n'est pas de type résonateur ou capteur résonant, la cellule d'amplification peut également transmettre l'amplitude du signal piézorésistif détecté. When the device is not resonator or resonant sensor type, the amplifier cell may also transmit the amplitude of the detected piezoresistive signal.
La structure en « demi-cric », ou en chevron, de la cellule d'amplification formée par les bras rigides permet de réaliser les connexions nécessaires à la mesure piézorésistive, préférentiellement en pont de jauge ou pont de Wheatstone, puisqu'une des extrémités de la jauge est ainsi ancrée au substrat. The structure in "half-jack" or chevron of the amplification cell formed by the rigid arm allows to make the necessary connections to the piezoresistive measurement, preferably of strain gauge or Wheatstone bridge, since the ends the gauge is thus anchored to the substrate.
La structure est adaptée à une fabrication de type « technologie de surface », applicable aux composants de type MEMS ou NEMS. The structure is suitable for "surface technology" type of manufacturing, applicable to MEMS or NEMS type components. Le corps d'épreuve, les moyens de détection, c'est-à-dire au moins la jauge de contrainte piézorésistive suspendue, et les éléments de la cellule d'amplification de contrainte peuvent être réalisés dans un même plan, c'est-à-dire avoir tous un plan commun. The test body, the detecting means, that is to say at least the suspended piezoresistive strain gauge, and the elements of the strain amplifier cell can be made in the same plane, that is ie all have a common plan. De plus, la jauge de contrainte et le corps d'épreuve peuvent être réalisés dans un même matériau piézorésistif. In addition, the strain gauge and the test body can be achieved in one piezoresistive material.
La cellule d'amplification peut être avantageusement utilisée pour détecter la fréquence de vibration d'une poutre résonante, mais aussi de n'importe quelle structure vibrante formant un corps d'épreuve, offrant ainsi une grande liberté concernant le dessin du dispositif. The amplification cell can be advantageously used for detecting the vibration frequency of a resonant beam, but also of any vibrating structure forming a test body, thus providing a greater freedom for design of the device.
La jauge de contrainte piézorésistive suspendue peut comporter une seconde extrémité ancrée au substrat. The suspended piezoresistive strain gauge may include a second end anchored to the substrate.
La jauge de contrainte piézorésistive suspendue peut comporter au moins une poutre suspendue à base d'un matériau piézorésistif. The suspended piezoresistive strain gauge may comprise at least one suspended beam based on a piezoresistive material.
Avantageusement, le dispositif peut comporter au moins deux jauges de contraintes piézorésistives suspendues, permettant ainsi de réaliser une mesure différentielle. Advantageously, the device may comprise at least two piezoresistive gauges constraints suspended, thus achieving a differential measurement. De manière générale, la cellule d'amplification peut être utilisée de manière différentielle sur une structure résonante ou non, ou encore sur deux capteurs montés de manière différentielle. Generally, the amplification cell can be used differentially to a resonant structure or not, or on two differentially mounted sensors.
Avantageusement, la seconde extrémité du premier bras rigide peut être reliée au corps d'épreuve au voisinage d'un encastrement du corps d'épreuve au substrat. Advantageously, the second end of the first rigid arm may be connected with the test body in the vicinity of an embedment of the proof body to the substrate.
L'élément de liaison reliant mécaniquement les deux premières extrémités des deux bras rigides peut comporter au moins une liaison pivot. The link element mechanically linking the two first ends of the two rigid arms may comprise at least one pivot link.
L'élément de liaison reliant mécaniquement les premières extrémités des deux bras rigides peut comporter une liaison fixe avec la première extrémité de la jauge de contrainte piézorésistive suspendue. The link mechanically linking the first member ends of the two rigid arms may have a fixed connection with the first end of the suspended piezoresistive strain gauge.
Dans ce cas, chacune des premières extrémités des deux bras rigides peut être reliée mécaniquement à l'élément de liaison par au moins une liaison pivot. In this case, each of the first ends of the two rigid arms can be mechanically connected to the connecting element by at least one pivot link.
Les deux bras rigides peuvent être symétriques par rapport à un axe principal de la jauge de contrainte piézorésistive suspendue. The two rigid arms may be symmetrical with respect to a main axis of the suspended piezoresistive strain gauge.
Le corps d'épreuve peut comporter au moins une masse sismique mobile dans le plan du substrat, à laquelle peut être reliée la seconde extrémité du premier bras rigide. The test body may comprise at least one mobile seismic mass in the plane of the substrate, which can be connected to the second end of the first rigid arm.
La masse sismique peut être ancrée au substrat par l'intermédiaire d'une charnière. The seismic mass may be anchored to the substrate via a hinge.
La masse sismique peut être ancrée au substrat par l'intermédiaire d'un bras de guidage formé dans la masse sismique et encastré dans le substrat. The seismic mass may be anchored to the substrate via a guide arm formed in the seismic mass and embedded in the substrate.
Dans une variante, le corps d'épreuve peut comporter au moins un élément résonant en flexion dans le plan du substrat. Alternatively, the test body may comprise at least one resonant element flexing in the plane of the substrate. L'élément résonant peut être de type poutre ou diapason. The resonant element may be beam or tuning fork.
Le dispositif peut comporter en outre des moyens d'excitation, de l'élément résonant, de type capacitif, et/ou piézoélectrique, et/ou mécanique et/ou thermoélastique. The device may further comprise excitation means of the resonant element of capacitive, and / or piezoelectric, and / or mechanical and / or thermoelastic.
Deux extrémités de l'élément résonant peuvent être ancrées au substrat. Both ends of the resonant element may be anchored to the substrate.
Le corps d'épreuve peut comporter en outre au moins une masse sismique mobile dans le plan du substrat, reliée à l'élément résonant. The test body may further comprise at least one mobile seismic mass in the plane of the substrate, connected to the resonant element.
L'élément résonant peut être relié à la masse sismique au voisinage d'un encastrement de la masse sismique au substrat. The resonant element may be connected to the seismic mass in the vicinity of an embedment of the seismic mass to the substrate.
Le corps d'épreuve peut comporter au moins deux masses sismiques mobiles dans le plan du substrat, deux bras de liaison reliés à chacune des deux masses sismiques par l'intermédiaire de bras de flexion destinés à transmettre les mouvements des masses sismiques aux bras de liaison, la seconde extrémité du premier bras rigide de la cellule d'amplification de contrainte pouvant être reliée à l'un des bras de liaison au voisinage d'un encastrement dudit bras de liaison au substrat. The test body may comprise at least two mobile seismic masses in the plane of the substrate, two link arms linked to each of the two seismic masses through flexure arms for transmitting the movements of the seismic masses to the link arms , the second end of the first rigid arm of the strain amplifier cell being connectable to one of the link arms in the vicinity of an embedment of said link arms to the substrate.
Dans ce cas, les bras de liaison et les bras de flexion peuvent former par exemple un cadre sensiblement rectangulaire. In this case, the link arms and the flexing arms may form for example a substantially rectangular frame.
Le dispositif peut comporter en outre des moyens d'excitation des masses sismiques de type électrostatiques et/ou thermiques et/ou piézoélectriques. The device may further comprise excitation means of seismic masses of electrostatic type and / or thermal and / or piezoelectric.
Le dispositif peut comporter en outre au moins une seconde cellule d'amplification de contrainte pouvant comprendre au moins deux bras rigides reliés mécaniquement l'un à l'autre par au moins un élément de liaison au niveau d'une première de leurs extrémités, une seconde extrémité d'un premier des deux bras rigides pouvant être reliée mécaniquement au corps d'épreuve, une seconde extrémité d'un second des deux bras rigides pouvant être ancrée au substrat, ledit élément de liaison, ou les premières extrémités des deux bras rigides, pouvant être relié mécaniquement à une première extrémité d'une seconde jauge de contrainte piézorésistive suspendue destinée à travailler de manière différentielle en compression ou tension par rapport à la première jauge de contrainte piézorésistive suspendue travaillant respectivement en tension ou en compression. The device may further comprise at least one second strain amplifier cell may comprise at least two rigid arms mechanically linked to each other by at least one connecting member at a first end thereof, a second end of a first of the two rigid arms being mechanically linked to the proof body, a second end of a second of the two rigid arms being fixed to the substrate, said connecting member, or the first ends of the two rigid arms which can be mechanically connected to a first end of a second suspended piezoresistive strain gauge intended to work in differential manner in compression or tension in relation to the first suspended piezoresistive strain gauge working in tension or compression, respectively.
Le dispositif peut comporter en outre au moins deux éléments résistifs et une source de polarisation pouvant former, avec les autres éléments du dispositif, un pont de Wheatstone. The device may further comprise at least two resistive elements and a polarization source capable of forming, with the other elements of the device, a Wheatstone bridge.
Le dispositif peut comporter en outre des moyens de mesure de la variation de la résistance de la jauge de contrainte piézorésistive suspendue. The device may further comprise means for measuring the variation of the resistance of the suspended piezoresistive strain gauge.
La ou les jauges de contrainte piézorésistives suspendues peuvent être disposées perpendiculairement à l'axe de l'effort induit (par exemple l'accélération ou la rotation) à mesurer. The or piezoresistive strain gauges suspended may be arranged perpendicular to the axis of the induced effort (e.g. acceleration or rotation) to be measured.
Le dispositif peut être un capteur tel qu'un accéléromètre ou un gyromètre, résonant ou non, ou un résonateur. The device may be a sensor such as an accelerometer or a gyroscope, resonant or not, or a resonator.
La présente invention concerne également un procédé de réalisation d'un dispositif, ou microcomposant ou nanocomposant, tel que décrit précédemment, comportant au moins les étapes de : The present invention also relates to a method for producing a device, or microcomponent or nanocomponent, as described above, comprising at least the steps of:
a) dépôt d'une couche à base d'au moins un matériau conducteur (par exemple une tri-couche à base de titane, de nickel et d'or) sur un substrat comportant une première couche à base d'au moins un semi-conducteur sur laquelle est disposée une couche sacrificielle et une seconde couche à base de semi-conducteur, a) depositing a layer based on at least one conductive material (e.g., titanium tri-layer of nickel and gold) on a substrate comprising a first layer based on at least one semi -conducteur on which is disposed a sacrificial layer and a second layer based on semiconductor,
b) photolithographie et gravure de contacts électriques du dispositif dans la couche à base du matériau conducteur, b) photolithography and etching of electrical contacts of the device into the base of the conductive material layer,
c) photolithographie et gravure de la structure mécanique du dispositif dans la seconde couche à base de semi-conducteur, avec arrêt sur la couche sacrificielle, c) photolithography and etching of the mechanical structure of the device in the second layer based on semiconductor, stopping on the sacrificial layer,
d) libération des éléments du dispositif par gravure de la couche sacrificielle au niveau de ces éléments. d) release of the elements of the device by etching the sacrificial layer in these elements.
Le substrat utilisé peut par exemple être un substrat SOI (silicium sur isolant). The substrate used may for example be an SOI (silicon on insulator).
Le procédé peut comporter en outre, entre les étapes b) et c), les étapes de : The method may further comprise, between steps b) and c), the steps of:
dépôt, par exemple par photolithographie, d'une couche de protection sur la structure mécanique du dispositif, sauf sur la jauge de contrainte piézorésistive suspendue, deposition, for example by photolithography, of a protective layer on the mechanical structure of the device, except the suspended piezoresistive strain gauge,
amincissement, par exemple par gravure avec arrêt au bout d'une durée déterminée, de la jauge de contrainte piézorésistive suspendue, thinning, for example by etching with a stop at the end of a specified period, the suspended piezoresistive strain gauge,
retrait de la couche de protection. removing the protective layer.
la the figure 1 figure 1 représente un résonateur à excitation électrostatique et détection piézorésistive suspendue comportant une cellule d'amplification de contrainte, objet de la présente invention, represents a resonator with electrostatic excitation and suspended piezoresistive detection comprising a strain amplifier cell, object of the present invention,
la the figure 2 Figure 2 représente un accéléromètre résonnant à détection par jauge de contrainte piézorésistive suspendue comportant une cellule d'amplification de contrainte, objet de la présente invention, represents a resonant accelerometer with detection by suspended piezoresistive strain gauge comprising a strain amplifier cell, object of the present invention,
la the figure 3 Figure 3 représente un gyromètre résonnant à détection par jauge de contrainte piézorésistive suspendue comportant une cellule d'amplification de contrainte, objet de la présente invention, represents a resonant gyro detection by suspended piezoresistive strain gauge comprising a strain amplifier cell, object of the present invention,
la the figure 4 Figure 4 représente un accéléromètre non résonnant à détection par jauge de contrainte piézorésistive suspendue comportant une cellule d'amplification de contrainte, objet de la présente invention, represents a non-resonant detection by suspended piezoresistive strain gauge accelerometer comprising a strain amplifier cell, object of the present invention,
la the figure 5 Figure 5 représente une cellule d'amplification de contrainte comportant une piste électrique réalisée sur un des bras rigides de la cellule, shows a strain amplifier cell comprising an electrical track carried on a rigid arm of the cell,
la the figure 6 Figure 6 représente un accéléromètre non résonant à détection par jauge de contrainte piézorésistive suspendue comportant une cellule d'amplification de contrainte, objet de la présente invention, represents a non resonant accelerometer with detection by suspended piezoresistive strain gauge comprising a strain amplifier cell, object of the present invention,
la the figure 7 Figure 7 représente un résonateur à détection par jauges de contrainte piézorésistives suspendues montées en mode différentiel et à pont de Wheatstone, comportant deux cellules d'amplification de contrainte, objet de la présente invention, represents a resonator detection by suspended piezoresistive strain gauges mounted in differential mode and Wheatstone bridge comprising two strain amplifier cells, object of the present invention,
la the figure 8 Figure 8 représente un accéléromètre non résonant à détection par jauges de contraintes piézorésistives suspendues montées en mode différentiel et à pont de Wheatstone, et comportant deux cellules d'amplification de contrainte, objet de la présente invention, represents a non resonant accelerometer by detecting strain gauges mounted suspended piezoresistive differential mode and the Wheatstone bridge, and comprising two strain amplifier cells, object of the present invention,
la the figure 9A 9A représente un accéléromètre à détection par jauges de contrainte piézorésistives suspendues montée en mode différentiel et à pont de Wheatstone, comportant deux cellules d'amplification de contrainte, objet de la présente invention, represents an accelerometer with detection by piezoresistive strain gauges suspended differential mode and mounted to a Wheatstone bridge comprising two strain amplifier cells, object of the present invention,
la the figure 9B 9B représente un schéma électrique équivalent du pont de Wheatstone formé par l'accéléromètre représenté sur la shows an equivalent electrical diagram of the Wheatstone bridge formed by the accelerometer shown in figure 9A 9A , ,
les the figures 10A à 10C et 10A' à 10C' 10A to 10C and 10A 'to 10C' représentent les étapes d'un premier exemple de procédé de réalisation de l'invention, respectivement dans des vues en coupe et de dessus, show the steps of a first exemplary embodiment of the invention method, respectively sectional views and top,
les the figures 11A à 11F et 11A' à 11F' 11A to 11F and 11A 'to 11F' représentent les étapes d'un second exemple de procédé de réalisation de l'invention, respectivement dans des vues en coupe et de dessus. show the steps of a second exemplary method embodiment of the invention, respectively in sectional views and top.
Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures décrites ci-après portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre. Identical, similar or equivalent parts of the different figures described below have the same numeric references so as to facilitate the passage from one figure to another.
Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles. The different parts shown in the figures are not necessarily to a uniform scale, to make the figures more legible.
Les différentes possibilités (variantes et modes de réalisation) doivent être comprises comme n'étant pas exclusives les unes des autres et peuvent se combiner entre elles. The various possibilities (variants and embodiments) must be understood as not being exclusive of each other and can be combined together.
On se réfère tout d'abord à la We first refers to the figure 1 figure 1 qui représente un microcomposant 100 selon un premier mode de réalisation. which represents a microcomponent 100 according to a first embodiment.
Dans ce premier mode de réalisation, le microcomposant 100 est un résonateur, de type MEMS ou NEMS. In this first embodiment, the microcomponent 100 is a resonator type MEMS or NEMS. Le résonateur 100 comprend un élément résonant 102, ou structure résonante, par exemple de type poutre, en flexion dans un plan (x,y) correspondant au plan d'un substrat (non représenté) à partir duquel est réalisé le résonateur 100. Dans une variante, l'élément résonant 102 peut être de type diapason, c'est-à-dire formé par au moins deux poutres reliées l'une à l'autre au niveau d'une de leurs extrémités. The resonator 100 includes a resonant element 102, or resonant structure, for example, beam type, bending in a plane (x, y) corresponding to the plane of a substrate (not shown) from which is formed the resonator 100. In Alternatively, the resonant element 102 may be of tuning fork type, that is to say formed by at least two beams connected to each other at one of their ends. L'élément résonant 102 est destiné à être excité par des moyens d'excitation 104, par exemple une électrode d'excitation. The resonating element 102 is intended to be excited by excitation means 104, for example an excitation electrode. Ces moyens d'excitation 104 peuvent être de type capacitif, et/ou piézoélectrique, et/ou magnétique et/ou thermoélastique. These excitation means 104 may be of the capacitive type, and / or piezoelectric, and / or magnetic and / or thermoelastic.
L'élément résonant 102 est solidaire, par l'intermédiaire d'une liaison pivot, d'une extrémité, appelée seconde extrémité, d'un premier bras rigide 106, près d'un premier encastrement 108 d'une première extrémité de l'élément résonant 102 au substrat sur lequel est réalisé le résonateur 100, limitant ainsi la contribution du premier bras rigide 106 sur la fréquence propre de l'élément résonant 102. La distance entre le premier encastrement 108 de l'élément résonant 102 et la liaison pivot entre l'élément résonant 102 et le premier bras rigide 106 est par exemple égale à environ un dixième de la longueur de l'élément résonant 102. Une seconde extrémité de l'élément résonant 102 est reliée à un second encastrement 109 au substrat. The resonating element 102 is secured via a pivot connection, from one end, called second end, a first rigid arm 106, near a first recess 108 from a first end of resonant element 102 to the substrate on which is formed the resonator 100, thereby limiting the contribution of the first rigid arm 106 of the natural frequency of the resonant element 102. the distance between the first recess 108 of the resonant 102 and the pivot connection element between the resonant element 102 and the first rigid arm 106 is for example equal to about one tenth of the length of the resonant element 102. a second end of the resonant element 102 is connected to a second recess 109 to the substrate. Une première extrémité du premier bras rigide 106 est liée par une liaison pivot à un élément de liaison 110, comportant une liaison rigide ou fixe avec une jauge de contrainte piézorésistive suspendue 112 assurant ainsi les conditions limites encastrées-encastrées de la jauge 112, en même temps que la transmission optimale de la contrainte, provenant de l'élément résonant 102 puis amplifiée par le premier bras rigide 106, à la jauge 112. La jauge 112 est par exemple réalisée par gravure d'une poutre suspendue dans un matériau piézorésistif, préférentiellement du silicium dopé, afin de diminuer la valeur de la résistance de la jauge 112. L'autre extrémité de la jauge piézorésistive 112 est liée au substrat par l'intermédiaire d'un troisième encastrement 114 au substrat relié également à des moyens de mesure 116 de la variation de la résistance ΔR de la jauge 112. A first end of the first rigid arm 106 is connected by a pivot connection to a connecting element 110, having a rigid or fixed connection with a suspended piezoresistive strain gauge 112 thus providing the recessed-recessed boundary conditions of the gauge 112, the same time the optimum transmission of the stress from the resonant element 102 and then amplified by the first rigid arm 106, to the gauge 112. the gauge 112 is for example made by etching a beam suspended in a piezoresistive material, preferably doped silicon, to reduce the resistance value of the gauge 112. the other end of the piezoresistive gauge 112 is bonded to the substrate via a third recess 114 in the substrate also connected to measuring means 116 of the change in resistance .DELTA.R of the gauge 112.
Le résonateur 100 comporte en outre un second bras rigide 118 dont une première extrémité est reliée, par l'intermédiaire d'une liaison pivot, à l'élément de liaison 110, et une seconde extrémité est reliée, par l'intermédiaire d'une autre liaison pivot, à un quatrième encastrement 120 au substrat. The resonator 100 further comprises a second rigid arm 118 whose first end is connected, via a pivot connection, to the connecting element 110, and a second end is connected, via a another pivot connection at a fourth recess 120 to the substrate. Chacun des quatre encastrements au substrat 108, 109, 114 et 120 forme une liaison fixe avec le substrat sur lequel est réalisé le résonateur 100. Each of the four recesses in the substrate 108, 109, 114 and 120 form a fixed connection with the substrate on which the resonator 100 is formed.
Les deux bras rigides 106 et 118 sont placés de façon à constituer la moitié d'un « cric » ou un chevron. The two rigid arms 106 and 118 are placed so as to constitute one half of a "jack" or chevron. Les deux bras rigides 106 et 118, et l'élément de liaison 110 forment une cellule d'amplification de contrainte du résonateur 100. L'ensemble des éléments du résonateur 100, hormis les encastrements 108, 109, 114 et 120, sont par exemple libérés du substrat par gravure d'une couche sacrificielle disposée sous la couche dans laquelle sont réalisés les éléments du résonateur 100. The two rigid arms 106 and 118, and connecting element 110 form a strain amplifier cell of the resonator 100. All the elements of the resonator 100, apart from the recesses 108, 109, 114 and 120 are e.g. released from the substrate by etching a sacrificial layer disposed beneath the layer in which are formed the elements of the resonator 100.
Lorsque l'élément résonant 102 est soumis à une force de flexion parallèle et dans le sens opposé au vecteur y (représenté sur la When the resonant element 102 is subjected to bending force parallel and in the opposite direction to vector y (shown in figure 1 figure 1 ), l'élément résonant 102 fléchit dans le sens de cette force et transmet alors une contrainte dans le sens opposé au vecteur y au niveau de la première extrémité du premier bras rigide 106. Cette contrainte appliquée sur le premier bras rigide 106 se traduit par une contrainte de déplacement dans le sens opposé au vecteur y et une contrainte en rotation du premier bras rigide 106 dans le sens horaire inverse autour des liaisons pivots reliant ses extrémités à l'élément de liaison 110 et à l'élément résonant 102, réduisant ainsi la valeur de l'angle α, angle formé entre une parallèle au vecteur x et l'axe du bras rigide 106. L'élément de liaison 110 subit donc une contrainte dans le sens du vecteur x se traduisant par un effort de compression dans l'axe de la jauge 112. ), The resonant element 102 flexes in the direction of this force and then transmits a stress in the direction opposite to the vector y at the end of the first rigid arm 106. This stress applied to the first rigid arm 106 translates a movement stress in the direction opposite to the vector y and a constraint in rotation of the first rigid arm 106 in the counterclockwise direction around the pivot links connecting its ends to the connecting element 110 and resonance element 102, thereby reducing the value of the angle α, angle formed between a vector parallel to the x and the axis of the rigid arm 106. the connecting element 110 thus undergoes a strain in the direction of the vector x resulting in a compressive stress in the axis of the gauge 112.
Inversement, lorsque l'élément résonant 102 est soumis à une force de flexion parallèle et dans le sens du vecteur y, l'élément résonant 102 fléchit dans le sens de cette force, et transmet une contrainte dans le sens du vecteur y au niveau de la première extrémité du bras rigide 106. Cette contrainte appliquée sur le bras rigide 106 se traduit par une contrainte de déplacement parallèle et dans le sens opposé au vecteur x, et une contrainte de rotation du bras rigide 106 dans le sens horaire autour des liaisons pivots entre ses extrémités reliées à l'élément de liaison 110 et à l'élément résonant 102, augmentant la valeur de l'angle α. Conversely, when the resonant element 102 is subjected to parallel bending force and in the direction of the vector y, the resonant element 102 flexes in the direction of this force, and transmits a strain in the direction of the vector y at the first end of the rigid arm 106. This stress applied to the rigid arm 106 is reflected by a strain parallel travel and in the direction opposite to the vector x, and a rigid arm rotation restraint 106 clockwise around pivot connections between its ends connected to the connecting element 110 and the resonant element 102, increasing the value of the angle α. L'élément de liaison 110 subit donc une contrainte dans le sens opposé au vecteur x se traduisant par un effort d'extension dans l'axe de la jauge 112. The connecting member 110 therefore undergoes a stress in the direction opposite to the vector x resulting in an expansion force along the axis of the gauge 112.
Le second bras rigide 118 accompagne, dans un mouvement complémentaire à celui du premier bras rigide 106, les déplacements axiaux de l'élément de liaison 110. The second rigid arm 118 supports, in a motion complementary to that of the first rigid arm 106, the axial displacements of the connecting member 110.
Ainsi, le mouvement alternatif de flexion parallèlement au vecteur y de l'élément résonant 102 entraîne une variation alternative de la résistance de la jauge 112 due aux contraintes de déplacement parallèlement au vecteur x subies par la jauge 112. Les bras rigides 106 et 118 permettent donc d'amplifier les contraintes en flexion de l'élément résonant 102 puis de les appliquer sur l'élément de liaison 110 et sur la jauge 112. Les deux bras rigides 106, 118 et l'élément de liaison 110 forment donc une cellule d'amplification de contrainte. Thus, the alternating flexing movement parallel to the vector y of the resonant element 102 results in an alternative variation of the resistance of the gauge 112 due to displacement stresses parallel to the x vector experienced by the gauge 112. The rigid arm 106 and 118 allow therefore amplify the bending stresses to the resonant element 102 and then applying them to the connecting element 110 and on the gauge 112. the two rigid arms 106, 118 and the connecting member 110 thus form a cell 'strain amplifier.
Le rapport d'amplification des déplacements de l'élément résonant 102, suivant l'axe du vecteur y, et de l'élément de liaison 110, suivant l'axe du vecteur x, étant d'environ 1 / tan( α ) , on choisit de préférence, pour profiter au maximum de l'effet d'amplification, une valeur de α inférieure à environ 45°. The amplification ratio of the displacement of the resonant element 102, along the axis of the vector y, and the connecting member 110 along the axis of the vector x, is about 1 / tan (α), is preferably chosen to make the most of the amplification effect, an α value of less than about 45 °.
De préférence, le ou les bras rigide 106, 108 comportent un corps relativement large, avec des extrémités fines pouvant fléchir par rapport au corps, et ainsi assurer au moins en partie les liaisons pivots. Preferably, the one or more rigid arms 106, 108 includes a relatively wide body with thin ends being deflectable relative to the body, thereby ensuring at least in part the pivot links. Par exemple, dans le cas d'un dispositif de type MEMS, pour un corps de bras rigide dont la largeur est égale à environ 10 µm, les extrémités des bras rigides peuvent avoir une largeur égale à environ 2 µm. For example, in the case of a MEMS device, to a rigid arm body whose width is equal to about 10 .mu.m, the ends of the rigid arm can have a width equal to about 2 microns.
Enfin, les variations de la valeur de la résistance de la jauge 112 étant directement proportionnelles aux contraintes longitudinales qu'elle subit, il convient, pour maximiser la sensibilité de détection de la jauge 112, de réduire autant que possible la section de la jauge 112, dans la limite de sa contrainte de flambage en compression. Finally, variations in the resistance value of the gauge 112 is directly proportional to the longitudinal stresses which it is subjected, it is appropriate to maximize the detection sensitivity of the gauge 112, to minimize the cross section of the gauge 112 within the limits of its buckling compressive stress. Typiquement, la valeur de cette section peut être inférieure à la valeur de la section des bras rigides 106, 118, au niveau de leurs parties centrales (corps). Typically, the value of this section can be less than the value of the rigid arm section 106, 118, at their center portions (body). La section de la jauge 112 peut même être amincie dans l'épaisseur (dimension selon la normale au plan (x,y)), et être d'une épaisseur inférieure à celles des autres éléments du résonateur 100. The section of the gauge 112 can even be thinned in the thickness (dimension normal to the plane (x, y)), and be of a thickness less than those of other elements of the resonator 100.
On se réfère maintenant à la Referring now to figure 2 Figure 2 qui représente un microcomposant 200, ici un capteur résonant, selon un second mode de réalisation. which represents a microcomponent 200, here a resonant sensor according to a second embodiment.
Le capteur résonant 200, ici de type accéléromètre, comporte un élément résonant 102 dont l'une de ses extrémités est ancrée au substrat sur lequel est réalisé le capteur 200, par l'intermédiaire d'un premier encastrement 108, et rattachée au niveau de son autre extrémité à une masse sismique 202, au voisinage d'une charnière 204 reliant la masse sismique 202 à un second encastrement 206 au substrat. The resonant sensor 200, here of accelerometer type, comprises a resonant member 102 of its ends one of which is anchored to the substrate on which is formed the sensor 200, via a first recess 108, and attached at its other end to a seismic mass 202, in the vicinity of a hinge 204 connecting the seismic mass 202 to a second recess 206 to the substrate. Le capteur 200 comporte également des moyens d'excitation 104, par exemple électrostatiques, ici une électrode, de l'élément résonant 102, une cellule d'amplification formée par deux bras rigides 106, 118 et un élément de liaison 110 relié à une première extrémité d'une jauge de contrainte piézorésistive suspendue 112 qui est également reliée, au niveau d'une seconde extrémité, à un troisième encastrement 114. La cellule d'amplification et la jauge 112 sont disposées au voisinage du premier encastrement 108 de l'élément résonant 102. Enfin, le capteur 200 comporte des moyens de mesure 116 de variations de la résistance ΔR de la jauge 112. The sensor 200 also includes excitation means 104, for example electrostatic, here an electrode, of the resonant element 102, an amplifier cell formed by two rigid arms 106, 118 and a connecting member 110 connected to a first end of a suspended piezoresistive strain gauge 112 that is also connected, at a second end to a fitting 114. the third amplification cell and the gauge 112 are disposed adjacent the first recess 108 of the element resonant 102. Finally, the sensor 200 includes measuring means 116 changes in .DELTA.R resistance of the gauge 112.
Dans le cas d'une accélération γ (représentée sur la In the case of a γ acceleration (shown in figure 2 Figure 2 ), dans le sens du vecteur y, la masse sismique 202 est soumise à une force suivant l'axe y qui tend à faire tourner la masse en rotation au niveau de la charnière 204, se traduisant par une contrainte F (également représentée sur la ) In the direction of the vector y, the seismic mass 202 is subjected to a force along the y axis which tends to rotate the rotating mass in the hinge 204, resulting in a stress F (also shown in figure 2 Figure 2 ) sur l'élément résonant 102 dans le sens opposé au vecteur x. ) On the resonant element 102 in the direction opposite to the vector x. Cette contrainte F induit une variation de la fréquence de résonance de l'élément résonant 102. La fréquence propre de l'élément résonant 102 est alors modifiée par la contrainte s'exerçant sur l'élément résonant 102. La détection de la vibration est réalisée par la jauge 112, la contrainte sur la jauge 112 étant amplifiée par la cellule d'amplification. F This stress induces a specific variation of the resonant frequency of the resonant element 102. The frequency of the resonant element 102 is then changed by the stress on the resonant element 102. The detection of the vibration is carried out by the gauge 112, the strain on the gauge 112 is amplified by the amplification unit.
Dans les exemples décrits précédemment, la cellule d'amplification est utilisée avantageusement pour amplifier la contrainte, issue de la vibration de l'élément résonant, sur la jauge 112. Dans une variante de réalisation, cette cellule d'amplification peut être utilisée pour mesurer la fréquence de résonance de n'importe quel autre élément résonant, en choisissant judicieusement les emplacements de l'élément résonant au niveau desquels la cellule d'amplification est reliée, avantageusement près des encastrements de l'élément résonant. In the examples described above, the amplification cell is advantageously used to amplify the strain, resulting from the vibration of the resonant element, the gauge 112. In an alternative embodiment, this amplification cell can be used to measure the resonant frequency of any other resonant element, by judiciously choosing the locations of the resonant element at which the amplification cell is connected, preferably near housings of the resonant element.
La The figure 3 Figure 3 représente un microcomposant 300, ici un gyromètre résonant, selon un troisième mode de réalisation. represents a microcomponent 300, here a resonant gyroscope according to a third embodiment. Le gyromètre 300 comporte un substrat, non représenté, et deux masses sismiques 302 mobiles dans le plan (x,y) du substrat et aptes à entrer en vibration. The gyroscope 300 includes a substrate, not shown, and two seismic masses 302 movable in the plane (x, y) of the substrate and adapted to come into vibration. Deux bras de liaison 304, ici parallèles l'un par rapport à l'autre, sont reliés aux masses sismiques 302 par l'intermédiaire de bras de flexion 306 dont la flexibilité est suffisante pour permettre des mouvements relatifs des deux masses sismiques 302 par rapport aux bras de liaison 304, tout en étant suffisamment rigides pour transmettre les mouvements de ces deux masses sismiques 302 aux bras de liaison 304. Les bras de liaison 304 et les bras de flexion 306 forment ici un cadre rectangulaire. Two link arms 304, here parallel with respect to each other, are connected to the seismic mass 302 via the flexure arms 306 whose flexibility is sufficient to allow relative movements of the two seismic masses 302 relative the connecting arm 304, while being sufficiently rigid to transmit the movements of the two seismic masses 302 to link arm 304. the link arm 304 and the flexure arms 306 here form a rectangular frame.
Le gyromètre 300 comporte également des électrodes d'excitation 308, par exemple sous forme de peignes dont les doigts s'imbriquent avec ceux des masses sismiques 302, aptes à mettre les masses sismiques 302 en vibration dans le plan (x,y), et notamment dans une direction parallèle au vecteur x. The gyro 300 also includes excitation electrodes 308, for example in the form of combs whose fingers interlock with those of the seismic masses 302, adapted to put the seismic masses 302 vibrate in the plane (x, y), and in particular in a direction parallel to the vector x. D'autres moyens peuvent être envisagés, par exemple des moyens électromagnétiques. Other means may be envisaged, for example electromagnetic means.
Les masses sismiques 302 sont excitées, de préférence à leur fréquence de résonance ou au voisinage de cette fréquence de résonance, par le biais de forces électrostatiques appliquées par l'intermédiaire des électrodes 308. Les masses sismiques 302, les bras de liaison 304 et les bras de flexion 306 forment un résonateur d'excitation. The seismic masses 302 are energized, preferably at their resonant frequency or near this resonance frequency, by means of electrostatic forces applied through the electrodes 308. The seismic masses 302, the connecting arms 304 and flexure arms 306 form an excitation resonator. Le fonctionnement à la résonance permet d'obtenir une forte amplitude de déplacement des masses sismiques 302 (du fait du facteur de qualité du résonateur), augmentant d'autant la sensibilité du gyromètre 300. Avantageusement, la vibration de chacune des masses sismiques 302 peut être en opposition de phase avec la vibration de l'autre masse sismique 302, c'est-à-dire que leurs mouvements sont en direction opposées à chaque instant. Operation at resonance provides a high amplitude of displacement of the seismic masses 302 (because the resonator quality factor), thus increasing the sensitivity of the gyroscope 300. Advantageously, the vibration of each of the seismic masses 302 may be in phase opposition with the vibration of the other seismic mass 302, that is to say that their movements are in opposite direction at every moment.
Lorsque le gyromètre 300 subit un déplacement angulaire autour d'un axe z perpendiculaire au substrat sur lequel est réalisé le gyromètre 300, une force de Coriolis est générée sur chacune des masses sismiques 302, parallèlement au vecteur y, issue de la composition de la vibration forcée par les électrodes 308 avec une vitesse angulaire Ω. When the gyroscope 300 undergoes an angular displacement around an axis z perpendicular to the substrate on which is formed the gyro 300, a Coriolis force is generated on each of the seismic masses 302, parallel to the vector y, after the composition of the vibration forced by the electrodes 308 with an angular velocity Ω. Les forces de Coriolis sont transmises aux bras de liaison 304 par l'intermédiaire des bras de flexion 306. Chacun des bras de liaison 304 est relié au substrat par l'intermédiaire d'une charnière 310. L'un des bras de liaison 304 est relié à la cellule d'amplification formée par les bras rigides 106, 118 et l'élément de liaison 110 relié à la jauge 112, à proximité d'une charnière 310. La variation de résistance mesurée par les moyens de mesure 116 est proportionnelle à la vitesse angulaire Ω relative à la rotation des masses sismiques 302 au niveau des charnières 310. Coriolis forces are transmitted to the link arms 304 via the flexure arms 306. Each of the connecting arm 304 is connected to the substrate via a hinge 310. One of the link arm 304 is connected to the amplification cell formed by the rigid arms 106, 118 and the connecting member 110 connected to the gauge 112, near a hinge 310. the change in resistance measured by the measuring means 116 is proportional to the angular velocity Ω relative to the rotation of the seismic masses 302 at the hinge 310.
La cellule d'amplification peut également être utilisée pour réaliser une amplification de mouvements non alternatifs (capteur non résonant), statiques ou lentement variables, avec une grande sensibilité, puisqu'en étant correctement dimensionnée, elle augmente de façon sensible l'amplitude du signal piézorésistif obtenu. The amplification cell may also be used to perform an amplification of non-reciprocating movements (non-resonant sensor), static or slowly varying, with high sensitivity, since being correctly dimensioned, it increases significantly the magnitude of the signal piezoresistive obtained. De préférence, dans ce type de capteur, on réalise un contrôle en stabilité de la température de la jauge de contrainte piézorésistive suspendue afin que des variations de température n'influent pas sur les mesures de résistance réalisées. Preferably, in this type of sensor, is carried out in a temperature stability control of the suspended piezoresistive strain gauge so that temperature variations do not affect the resistance measurements.
On se réfère à la It refers to the figure 4 Figure 4 qui représente un capteur non résonant, ici un accéléromètre 400. Cet accéléromètre 400 comporte une charnière 204 reliant une masse sismique 202 à un second encastrement 206 au substrat. which represents a non-resonating sensor, here an accelerometer 400. The accelerometer 400 includes a hinge 204 connecting a seismic mass 202 to a second recess 206 to the substrate. L'accéléromètre 400 comporte également une cellule d'amplification formée par les bras rigides 106, 118 et l'élément de liaison 110 relié à la jauge de contrainte piézorésistive suspendue 112. Le bras rigide 118 de la cellule d'amplification est ancré au substrat par l'intermédiaire d'un encastrement 120, et le bras rigide 106 est rattaché à la masse sismique 202 au voisinage de la charnière 204. Sous l'effet d'une accélération γ, la masse sismique 202 applique une contrainte F sur le bras 106 de la cellule amplification dans le sens opposé à l'axe x, se traduisant par une contrainte ηF, avec η ≈ 1/tan(α), sur la jauge 112 selon l'axe y. The accelerometer 400 also comprises an amplification cell formed by the rigid arms 106, 118 and the connecting member 110 connected to the suspended piezoresistive strain gauge 112. The rigid arm 118 of the amplification cell is anchored to the substrate via a recess 120, and the rigid arm 106 is attached to the proof mass 202 adjacent to the hinge 204. As a result of a γ acceleration, the seismic mass 202 applies a constraint on the arm F 106 of cell amplification in the opposite direction to the x axis, resulting in a ηF constraint, with η ≈ 1 / tan (α) on the gauge 112 along the y axis. La variation de résistance de la jauge de contrainte piézorésistive suspendue 112, amplifiée par la cellule d'amplification, est alors directement proportionnelle à l'accélération. The variation in resistance of the suspended piezoresistive strain gauge 112, amplified by the amplifier cell, is then directly proportional to the acceleration. Cette variation est alors mesurée par les moyens de mesure 116. This variation is measured by the measuring means 116.
Quelque soit le type de capteur et/ou résonateur, il est possible de réaliser les mesures de variations de la résistance de la jauge de contrainte piézoélectrique suspendue en reliant les moyens de mesure directement à l'une des extrémités de la jauge de contrainte piézorésistive suspendue qui est reliée à un encastrement et à l'un des bras rigides de la cellule d'amplification qui est à base d'au moins un matériau semi-conducteur ou conducteur. Whatever the type of sensor and / or resonator, it is possible to perform measurements of changes in the resistance of the piezoelectric strain gauge suspended by connecting the measuring means directly to one end of the suspended piezoresistive strain gauge which is connected to a recess and a rigid arm of the amplification cell which is based on at least one semiconductor or conductive material. Le fait que la mesure de résistance soit réalisée à travers l'un des bras rigides et l'élément de liaison induit une résistance série supplémentaire impactant légèrement la mesure. The fact that the measuring resistor is achieved through one of the rigid arm and the connecting element induces an additional series resistance slightly affecting the measurement.
Dans une variante, comme représenté sur la Alternatively, as shown in figure 5 Figure 5 , il est possible qu'une piste électrique 122 soit disposée sur l'un des bras rigides 118 de la cellule d'amplification et au moins en partie sur l'élément de liaison 110, la mesure des variations de résistance de la jauge 112 étant réalisée par l'intermédiaire de cette piste électrique 122. Cette variante est envisageable si le bras rigide 118 et l'élément de liaison 110 sont suffisamment larges pour pouvoir comporter une telle piste électrique 122, et que cette piste électrique 122 n'induise pas de contraintes importantes sur la structure de la cellule d'amplification. , It is possible that electrical trace 122 is disposed on one of the rigid arms 118 of the amplification cell and at least partly on the connecting element 110, the measurement of resistance changes of the gauge 112 being performed via this electrical trace 122. this variant is possible if the rigid arm 118 and the connecting member 110 are sufficiently broad to include such electrical trace 122, and that electrical trace 122 does not induce significant constraints on the structure of the amplification cell.
La The figure 6 Figure 6 représente un microcomposant 500 de type accéléromètre non résonant, selon un autre mode de réalisation. represents a microcomponent 500 of non-resonant type accelerometer according to another embodiment. Cet accéléromètre comporte une cellule d'amplification comprenant les bras rigides 106, 118 et l'élément de liaison 110. L'accéléromètre 500 comporte également une masse sismique 502 dans laquelle est formé un bras de guidage 504 relié à un encastrement 506 au substrat sur lequel est réalisé l'accéléromètre 500. Le fonctionnement de cet accéléromètre est sensiblement similaire à celui décrit en liaison avec la This accelerometer includes an amplifier cell comprising the rigid arms 106, 118 and the connecting element 110. The accelerometer 500 also includes a seismic mass 502 in which is formed a guide arm 504 connected to a recess 506 on the substrate which is formed the accelerometer 500. the operation of this accelerometer is substantially similar to that described in connection with the figure 4 Figure 4 . .
La The figure 7 Figure 7 représente un microcomposant 600 de type résonateur à détection piézorésistive montée en mode différentiel et pont de Wheatstone. represents a microcomponent 600 of resonator type sensing piezoresistive differential mode and mounted Wheatstone bridge.
Le résonateur 600 comporte un élément résonant 102 de type poutre, des moyens d'excitation 104, ici une électrode, de l'élément résonant 102. Comme dans le dispositif résonant 100, le résonateur 600 comporte une première cellule d'amplification formée par deux bras rigides 106, 118 reliés à un élément de liaison 110 lui-même relié à une jauge de contrainte piézorésistive suspendue 112. Cette cellule d'amplification est reliée à une première extrémité de l'élément résonant 102. L'autre extrémité de l'élément résonant 102 est reliée à une seconde cellule d'amplification formée par un troisième bras rigide 106' disposé entre ladite autre extrémité de l'élément résonant 102, près d'un encastrement 108' au substrat de cette extrémité, et un élément de liaison 110' relié à une seconde jauge de contrainte piézorésistive suspendue 112'. The resonator 600 includes a resonant beam member 102 type, excitation means 104, here an electrode, of the resonant element 102. As in the resonant device 100, the resonator 600 comprises a first amplification cell formed by two rigid arms 106, 118 connected to a connecting element 110 itself connected to a suspended piezoresistive strain gauge 112. This amplification unit is connected to a first end of the resonant element 102. the other end of the resonant element 102 is connected to a second amplification cell formed by a third rigid arm 106 'disposed between said other end of the resonant element 102, near a recess 108 at the substrate end, and a connecting element 110 'connected to a second suspended piezoresistive strain gauge 112'. Un quatrième bras rigide 118' est disposé entre un encastrement 120' au substrat et l'élément de liaison 110'. A fourth rigid arm 118 'is disposed between a recess 120' to the substrate and the connecting element 110 '.
Le résonateur 600 comporte également d'autres éléments utilisés pour former un pont de Wheatstone, tels que des encastrements au substrat 602, 604 et 606, des éléments résistifs 608, 610, et une source de polarisation 612. Une tension est mesurée entre l'encastrement 120 du second bras rigide 118 et l'encastrement 602 de l'un des éléments résistifs 610. On obtient alors une mesure de résistance R+ΔR (avec ΔR variation de la résistance de la première jauge de contrainte piézorésistive suspendue 112) au niveau de la première jauge 112, et une mesure de résistance R-ΔR (avec -ΔR variation de la résistance de la seconde jauge de contrainte piézorésistive suspendue 112') au niveau de la seconde jauge 112'. The resonator 600 also includes other elements used to form a Wheatstone bridge, such as recesses in the substrate 602, 604 and 606, resistive elements 608, 610, and a bias source 612. A voltage is measured between the Recessed 120 of the second rigid arm 118 and the recess 602 of one of the resistive elements 610. This results in a measurement of resistance R + .DELTA.R (.DELTA.R with variation of the resistance of the first suspended piezoresistive strain gauge 112) at of the first gauge pin 112, and a measuring resistor R-.DELTA.R (-ΔR with variation of the resistance of the second suspended piezoresistive strain gauge 112 ') at the second gauge 112'.
On a ainsi un fonctionnement en mode différentiel d'une structure résonante, les deux cellules d'amplification étant complémentaires pour réaliser l'amplification de mouvements de l'élément résonant 102. There was thus a differential operation of a resonant structure mode, both amplification cells being complementary to achieve the amplification of movement of the resonant element 102.
La The figure 8 Figure 8 représente un microcomposant 700 de type accéléromètre non résonant à détection par jauges de contraintes piézorésistives suspendues montées en mode différentiel et à pont de Wheatstone. represents a microcomponent 700 type accelerometer non-resonant detection by suspended piezoresistive strain gauges mounted in differential mode and Wheatstone bridge.
L'accéléromètre 700 comporte les mêmes éléments que le résonateur 600, excepté pour l'élément résonant 102 et les moyens d'excitation 104 qui sont remplacés par une masse sismique 202 qui est ancrée au substrat par un encastrement 206 via une charnière 204. Les secondes extrémités des bras rigides 106, 106' sont reliées directement à la masse sismique 202. The accelerometer 700 includes the same elements as the resonator 600, except for the resonant element 102 and the excitation means 104 which are replaced by a seismic mass 202 which is anchored to the substrate by a recess 206 via a hinge 204. The second ends of the rigid arms 106, 106 'are directly connected to the seismic mass 202.
Lorsque la masse sismique 202 est soumise à une accélération γ dans le sens de l'axe y, la masse sismique 202 exerce une contrainte d'intensité F/2 en tension sur la seconde extrémité du bras rigide 106 qui est reliée à la masse sismique 202, dans le sens de l'axe x. When the proof mass 202 is subjected to an acceleration γ in the direction of the y axis, the seismic mass 202 exerts a stress intensity F / 2 voltage at the second end of the rigid arm 106 which is connected to the proof mass 202, in the direction of the x axis. La masse sismique exerce également une autre contrainte d'intensité F/2 en compression sur la seconde extrémité du bras rigide 106' qui est reliée à la masse sismique 202, dans le sens opposé à l'axe x. The seismic mass also has another intensity constraint F / 2 in compression on the second end of the rigid arm 106 'which is connected to the seismic mass 202 in the opposite direction to the x axis. Ces contraintes sont répercutées au niveau des éléments de liaison 110 et 110'. These constraints are reflected at the connecting members 110 and 110 '. Ainsi, les jauges 112 et 112' subissent chacune une contrainte dans le sens de l'axe y dont l'intensité est égale à ηF/2, avec η ≈ 1/tan(α), α étant l'angle formé entre l'axe des bras rigides 106, 106' et un droite parallèle à l'axe y. Thus, the gauges 112 and 112 'each undergo a strain in the direction of the y axis the intensity of which is equal to ηF / 2, η ≈ 1 / tan (α), α being the angle formed between the axis of the rigid arms 106, 106 'and a straight line parallel to the y axis.
Une tension est mesurée entre l'encastrement 120 du second bras rigide 118 et l'encastrement 602 de l'un des éléments résistifs 610. On obtient alors une mesure de résistance R+ΔR (avec ΔR variation de la résistance de la première jauge de contrainte piézorésistive suspendue 112) au niveau de la première jauge 112, et une mesure de résistance R-ΔR (avec -ΔR variation de la résistance de la seconde jauge de contrainte piézorésistive suspendue 112') au niveau de la seconde jauge 112'. A voltage is measured between the recess 120 of the second rigid arm 118 and the recess 602 of one of the resistive elements 610. This results in a measurement of resistance R + .DELTA.R (.DELTA.R with variation of the resistance of the first gauge suspended piezoresistive strain 112) at the first gauge pin 112, and a measuring resistor R-.DELTA.R (-ΔR with variation of the resistance of the second suspended piezoresistive strain gauge 112 ') at the second gauge 112'.
On a ainsi un fonctionnement en mode différentiel d'une structure résonante, les deux cellules d'amplification étant complémentaires pour réaliser l'amplification de mouvements de la masse sismique 202. L'accélération γ peut être enfin calculée de manière classique à partir des paramètres des éléments formant le pont de Wheatstone. operation is thus in a differential mode resonant structure, the two amplifier cells being complementary to achieve the amplification of movement of the seismic mass 202. The acceleration γ may be finally calculated in a conventional manner from the parameters the elements forming the Wheatstone bridge.
Il est également possible de réaliser un microcomposant comportant plusieurs capteurs résonants ou non montés de manière différentielle. It is also possible to produce a microcomponent having a plurality of resonant and non-differentially mounted sensors. La The figure 9A 9A représente un exemple d'un tel microcomposant 800 de type accéléromètre non résonant, monté de manière différentielle et en pont de Wheatstone. shows an example of such microcomponent 800 of non-resonant type accelerometer, mounted differentially and in a Wheatstone bridge.
L'accéléromètre 800 comporte un premier et un second capteurs non résonants 802, 804 de type accéléromètre, par exemple similaires à l'accéléromètre 400 représenté sur la The accelerometer 800 includes a first and a second non-resonant sensors 802, 804 of accelerometer type, for example similar to the accelerometer 400 shown in figure 4 Figure 4 . . Chacun des capteurs 802, 804 comporte une masse sismique, une cellule d'amplification de contrainte et une jauge de contrainte piézorésistive suspendue. Each of the sensors 802, 804 comprises a seismic mass, a strain amplifier cell and of a suspended piezoresistive strain gauge. L'un des bras rigides de la cellule d'amplification du premier capteur 802 comporte une première extrémité reliée mécaniquement à un élément de liaison, lui-même relié à une jauge de contrainte, et une seconde extrémité reliée électriquement à une seconde extrémité d'un des bras rigides de la cellule d'amplification du second capteur. One of the rigid arms of the amplification cell of the first sensor 802 has a first end mechanically connected to a connecting element, itself connected to a strain gauge, and a second end electrically connected to a second end of a rigid arm of the second sensor amplifier cell. L'autre bras rigide de la cellule d'amplification du premier capteur 802 comporte une première extrémité reliée à l'élément de liaison et une seconde extrémité reliée la masse sismique. The other rigid arm of the amplification cell of the first sensor 802 has a first end connected to the connecting member and a second end connected to the seismic mass. L'une des extrémités de la jauge de contrainte est reliée électriquement à un premier élément 806 résistif R et à une borne d'une source de polarisation 808. Un second élément 810 résistif R est relié électriquement au premier élément 806 résistif R et à un encastrement de la jauge de contrainte piézorésistive suspendue du second capteur 804. One end of the strain gauge is electrically connected to a first resistive element 806 R and to one terminal of a bias source 808. A second resistive element R 810 is electrically connected to the first resistive element 806 and a R embedding of the suspended piezoresistive strain gauge of the second sensor 804.
L'un des bras rigides de la cellule d'amplification du second capteur 804 comporte une première extrémité reliée électriquement à un autre élément de liaison, lui-même relié à une extrémité d'une jauge de contrainte du second capteur 804, et une seconde extrémité reliée électriquement à la seconde extrémité de l'un des bras rigides de la cellule d'amplification de contrainte du premier capteur 802. L'autre bras rigide de la cellule d'amplification du second capteur 804 comporte une première extrémité reliée à l'élément de liaison et une seconde extrémité reliée la masse sismique. One of the rigid arms of the amplification cell of the second sensor 804 comprises a first end electrically connected to another connecting element, itself connected to one end of a strain gauge of the second sensor 804, and a second end electrically connected to the second end of one of the rigid arm of the strain amplifier cell of the first sensor 802. the other rigid arm of the amplification cell of the second sensor 804 has a first end connected to the connecting member and a second end connected to the seismic mass. L'une des extrémités de la jauge de contrainte du second capteur 804 est reliée électriquement au second élément résistif 810 et à l'autre borne de la source de polarisation 808. One end of the strain gauge of the second sensor 804 is electrically connected to the second resistive element 810 and the other terminal of the bias source 808.
Ainsi, les éléments de l'accéléromètre 800 forment un montage en pont de Wheastone, une tension étant mesurée entre un premier point B où sont reliés les deux éléments résistifs 806, 810, et un second point A relié électriquement aux secondes extrémités de deux bras rigides des cellule d'amplification de contrainte des deux capteurs 802 et 804. Cette mesure permet d'obtenir une mesure de résistance R+ΔR au niveau de la jauge de contrainte piézorésistive suspendue du premier capteur 802, et une mesure de résistance R-ΔR au niveau de la jauge de contrainte piézorésistive suspendue du second capteur 804. On déduit alors la valeur de ΔR représentative d'une accélération γ subie par les masses sismiques des capteurs 802 et 804. La Thus, the accelerometer elements 800 form a Wheatstone bridge circuit of a voltage is measured between a first point B where the two are connected resistive elements 806, 810, and a second point A electrically connected to the second ends of two arms rigid strain amplifier cell of the two sensors 802 and 804. This measure provides a measure of resistance R + .DELTA.R at the suspended piezoresistive strain gauge of the first sensor 802, and a measuring resistor R-.DELTA.R at the suspended piezoresistive strain gauge of the second sensor 804. It is then deduced representative .DELTA.R value of a γ acceleration experienced by the seismic masses of the sensors 802 and 804. the figure 9B 9B représente schématiquement le pont de Wheatstone obtenu par le montage de la schematically shows the Wheatstone bridge obtained by mounting the figure 9A 9A . .
On se réfère maintenant aux Referring now to figures 10A à 10C 10A to 10C (vue en coupe) et 10A' à 10C' (vue de dessus), représentant les étapes d'un premier exemple de réalisation d'un des microcomposants décrits précédemment. (Sectional view) and 10A 'to 10C' (top view) showing steps of a first embodiment of a microcomponents described above.
On dépose par exemple une tri-couche (3 couches) à base de titane, de nickel et d'or, sur un substrat SOI comprenant un substrat de base (« bulk ») 80 à base de silicium, une couche sacrificielle à base de SiO 2 81 (par exemple de 0,4 µm d'épaisseur) et une couche de silicium 82 (par exemple de 4 µm d'épaisseur) . Is deposited for example a tri-layer (three layers) based on titanium, nickel and gold, on an SOI substrate comprising a base substrate ( "bulk") 80 based on silicon, a sacrificial layer based on SiO 2 81 (e.g., 0.4 microns thick) and a silicon layer 82 (e.g., 4 microns thick). On délimite des contacts 83 par photolithographie et gravure ( Delineating the contacts 83 by photolithography and etching ( figures 10A et 10A' 10A and 10A ' ). ).
On délimite ensuite la structure mécanique du dispositif par photolithographie et gravure DRIE, dans la couche de silicium 82 avec arrêt sur la couche sacrificielle 81 ( Then delineates the mechanical structure of the device by photolithography and etching DRIE, in the silicon layer 82, stopping on the sacrificial layer 81 ( figures 10B et 10B' Figures 10B and 10B ' ). ).
On libère enfin les composants du dispositif par exposition à l'acide fluorhydrique (humide ou vapeur) de la couche sacrificielle 81 avec arrêt au bout d'une durée déterminée. Finally, it releases the components of the device by exposure to hydrofluoric acid (wet or vapor) of the sacrificial layer 81 with a stop at the end of a specified period.
Le dispositif représenté sur les The device shown on the figures 10C et 10C' Figures 10C and 10C ' comporte une jauge de contrainte piézorésistive suspendue et une cellule d'amplification 85, un élément résonant 86, une charnière 87, une électrode d'excitation 88 de l'élément résonant, et une masse sismique 89. comprises a suspended piezoresistive strain gauge and an amplification unit 85, a resonant element 86, a hinge 87, an excitation electrode 88 of the resonant element, and a seismic mass 89.
Les The figures 11A à 11F 11A to 11F (vue en coupe) et 11A' à 11F' (vue de dessus) représentent les étapes d'un second exemple de réalisation d'un des microcomposants décrits précédemment. (Sectional view) and 11A 'to 11F' (top view) show the steps of a second embodiment of a microcomponents described above.
On dépose une tri-couche à base de titane, de nickel et d'or sur un substrat par exemple de type SOI par exemple similaire à celui décrit précédemment. Depositing a titanium tri-layer of nickel and gold on a substrate for example of the SOI type, for example similar to that described previously. On délimite les contacts par photolithographie et gravure ( Delineating the contacts by photolithography and etching ( figures 11A et 11A' 11A and 11A ' ). ).
On délimite la structure mécanique du dispositif par photolithographie et gravure DRIE de la structure mécanique, dans la couche de silicium 82 avec arrêt sur la couche sacrificielle 81 ( It limits the mechanical structure of the device by photolithography and DRIE etching of the mechanical structure in the silicon layer 82, stopping on the sacrificial layer 81 ( figures 11B et 11B' Figures 11B and 11B ' ). ).
On dépose une couche de protection 84 de la structure mécanique par photolithographie, sauf dans une zone 90 où se situe la jauge de contrainte piézorésistive du dispositif ( Depositing a protective layer 84 of the mechanical structure by photolithography, except in a zone 90 where the piezoresistive strain gauge device is located ( figures 11C et 11C' Figures 11C and 11C ' ). ).
On amincit alors la jauge de contrainte piézorésistive 90 par gravure DRIE avec arrêt au bout d'une durée déterminée ( then thins the piezoresistive strain gauge 90 by DRIE etching stopping at the end of a specified period ( figures 11D et 11D' Figures 11D and 11D ' ). ).
On réalise un retrait (« stripping ») de la couche de protection 84 ( There is provided a recess ( "stripping") of the protective layer 84 ( figures 11E et 11E' Figures 11E and 11E ' ). ).
On libère les composants du dispositif de l'invention par exposition à l'acide fluorhydrique (humide ou vapeur) de la couche sacrificielle 81 avec arrêt au bout d'une durée déterminée. Liberating the components of the inventive exposure apparatus to hydrofluoric acid (or wet vapor) of the sacrificial layer 81 with a stop at the end of a specified period.
Les deux exemples de réalisation décrits ci-dessus reposent sur l'utilisation de substrats SOI à base de silicium monocristallin. The two embodiments described above are based on the use of SOI substrates based on monocrystalline silicon. Toutefois, cet exemple n'est pas limitatif et les microcomposants ou nanocomposants décrits précédemment peuvent être réalisés à partir de substrat à base de silicium polycristallin, de SiGe monocristallin, de SiGe polycristallin, etc.... However, this example is not limiting and the microcomponents or nanodevices described above can be made from made from polycrystalline silicon substrate, monocrystalline SiGe, polycrystalline SiGe, etc ....
Dispositif (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800) à détection piézorésistive, comportant au moins : Means (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800) with piezoresistive detection, comprising at least:
- un corps d'épreuve (102, 202, 302, 502) où s'exerce un effort à mesurer, - a test body (102, 202, 302, 502) wherein a force to be measured is exerted,
- des moyens de détection d'une contrainte exercée par le corps d'épreuve (102, 202, 302, 502) sous l'action de l'effort, comportant au moins une jauge de contrainte piézorésistive suspendue (112), - means for detecting a strain exerted by the proof body (102, 202, 302, 502) under the action of the effort, comprising at least one suspended piezoresistive strain gauge (112)
- une cellule d'amplification de contrainte comprenant au moins deux bras rigides (106, 118) reliés mécaniquement l'un à l'autre par au moins un élément de liaison (110) au niveau d'une première de leurs extrémités, une seconde extrémité d'un premier (106) des deux bras rigides étant reliée mécaniquement au corps d'épreuve (102, 202, 302, 502), une seconde extrémité d'un second (118) des deux bras rigides étant ancrée à un substrat, l'élément de liaison (110) étant relié mécaniquement à une première extrémité de la jauge de contrainte piézorésistive suspendue (112). - a strain amplifier cell comprising at least two rigid arms (106, 118) mechanically connected to one another by at least one connecting member (110) at a first of their ends, a second a first end (106) of the two rigid arms being mechanically linked to the proof body (102, 202, 302, 502), a second end of a second (118) of the two rigid arms being anchored to a substrate, the connecting element (110) being mechanically connected to a first end of the suspended piezoresistive strain gauge (112).
Dispositif (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800) selon la revendication 1, la jauge de contrainte piézorésistive suspendue (112) comportant une seconde extrémité ancrée au substrat. Means (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800) of claim 1, the suspended piezoresistive strain gauge (112) having a second end anchored to the substrate.
Dispositif (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800) selon l'une des revendications précédentes, la jauge de contrainte piézorésistive suspendue (112) comportant au moins une poutre suspendue à base d'un matériau piézorésistif. Means (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800) according to one of the preceding claims, the suspended piezoresistive strain gauge (112) comprising at least one suspended beam based on a piezoresistive material.
Dispositif (100, 200, 300, 400, 600, 700, 800) selon l'une des revendications précédentes, la seconde extrémité du premier bras rigide (106) étant reliée au corps d'épreuve (102, 202, 302) au voisinage d'un encastrement (108, 206) du corps d'épreuve (102, 202, 302) au substrat. Means (100, 200, 300, 400, 600, 700, 800) according to one of the preceding claims, the second end of the first rigid arm (106) being connected to the test body (102, 202, 302) in the vicinity a recess (108, 206) of the test body (102, 202, 302) to the substrate.
Dispositif (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800) selon l'une des revendications précédentes, l'élément de liaison (110) reliant mécaniquement les deux premières extrémités des deux bras rigides (106, 118) comportant au moins une liaison pivot. Means (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800) according to one of the preceding claims, the connecting element (110) mechanically linking the two first ends of the two rigid arms (106, 118) comprising at least one pivot link.
Dispositif (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800) selon l'une des revendications 1 à 4, l'élément de liaison (110) reliant mécaniquement les premières extrémités des deux bras rigides (106, 118) comportant une liaison fixe avec la première extrémité de la jauge de contrainte piézorésistive suspendue (112). Means (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800) according to one of claims 1 to 4, the connecting element (110) mechanically connecting the first ends of the two rigid arms (106, 118) comprising a fixed link with the first end of the suspended piezoresistive strain gauge (112).
Dispositif (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800) selon la revendication 6, chacune des premières extrémités des deux bras rigides (106, 118) étant reliée mécaniquement à l'élément de liaison (110) par au moins une liaison pivot. Means (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800) according to claim 6, each of the first ends of the two rigid arms (106, 118) being mechanically connected to the connecting member (110) by at least one pivot link.
Dispositif (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800) selon l'une des revendications précédentes, les deux bras rigides (106, 118) étant symétriques par rapport à un axe principal de la jauge de contrainte piézorésistive suspendue (112). Means (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800) according to one of the preceding claims, the two rigid arms (106, 118) being symmetrical with respect to a main axis of the suspended piezoresistive strain gauge (112).
Dispositif (200, 300, 400, 500, 700, 800) selon l'une des revendications précédentes, le corps d'épreuve comportant au moins une masse sismique (202, 302, 502) mobile dans le plan du substrat, à laquelle est reliée la seconde extrémité du premier bras rigide (106). Means (200, 300, 400, 500, 700, 800) according to one of the preceding claims, the proof body comprising at least one proof mass (202, 302, 502) movable in the plane of the substrate, which is connected to the second end of the first rigid arm (106).
Dispositif (200, 400, 700, 800) selon la revendication 9, la masse sismique (202) étant ancrée au substrat par l'intermédiaire d'une charnière (204). Means (200, 400, 700, 800) according to claim 9, the seismic mass (202) being anchored to the substrate via a hinge (204).
Dispositif (500) selon l'une des revendications 9 ou 10, la masse sismique (502) étant ancrée au substrat par l'intermédiaire d'un bras de guidage (504) formé dans la masse sismique (502) et encastré dans le substrat. Device (500) according to one of claims 9 or 10, the seismic mass (502) being anchored to the substrate via a guide arm (504) formed in the seismic mass (502) and recessed into the substrate .
Dispositif (100, 200, 600) selon l'une des revendications 1 à 8, le corps d'épreuve comportant au moins un élément résonant (102) en flexion dans le plan du substrat. Means (100, 200, 600) according to one of claims 1 to 8, the proof body comprising at least one resonant element (102) by bending in the plane of the substrate.
Dispositif (100, 200, 600) selon la revendication 12, l'élément résonant (102) étant de type poutre ou diapason. Means (100, 200, 600) according to claim 12, the resonant element (102) being of beam or diapason type.
Dispositif (100, 200, 600) selon l'une des revendications 12 ou 13, comportant en outre des moyens d'excitation (104) de l'élément résonant (102) de type capacitif, et/ou piézoélectrique, et/ou magnétique et/ou thermoélastique. Means (100, 200, 600) according to one of claims 12 or 13, further comprising excitation means (104) of the resonant element (102) of the capacitive type, and / or piezoelectric, and / or magnetic and / or thermoelastic.
Dispositif (100, 600) selon l'une des revendications 12 à 14, deux extrémités de l'élément résonant (102) étant ancrées au substrat. Means (100, 600) according to one of claims 12 to 14, both ends of the resonant element (102) being anchored to the substrate.
Dispositif (200) selon l'une des revendications 12 à 14, le corps d'épreuve comportant en outre au moins une masse sismique (202) mobile dans le plan du substrat, reliée à l'élément résonant (102). Device (200) according to one of claims 12 to 14, the proof body further comprising at least one seismic mass (202) movable in the plane of the substrate, connected to the resonant member (102).
Dispositif (200) selon la revendication 16, la masse sismique (202) étant ancrée au substrat par l'intermédiaire d'une charnière (204). Device (200) according to claim 16, the seismic mass (202) being anchored to the substrate via a hinge (204).
Dispositif (200) selon l'une des revendications 16 ou 17, l'élément résonant (102) étant relié à la masse sismique (202) au voisinage d'un encastrement (206) de la masse sismique (202) au substrat. Device (200) according to one of claims 16 or 17, the resonant element (102) being connected to the seismic mass (202) in the vicinity of a recess (206) of the proof mass (202) to the substrate.
Dispositif (300) selon l'une des revendications 1 à 8, le corps d'épreuve comportant au moins deux masses sismiques (302) mobiles dans le plan du substrat, deux bras de liaison (304) reliés à chacune des deux masses sismiques (302) par l'intermédiaire de bras de flexion (306) destinés à transmettre les mouvements des masses sismiques (302) aux bras de liaison (304), la seconde extrémité du premier bras rigide (106) de la cellule d'amplification de contrainte étant reliée à l'un des bras de liaison (304) au voisinage d'un encastrement dudit bras de liaison (304) au substrat. The apparatus (300) according to one of claims 1 to 8, the proof body comprising at least two seismic masses (302) movable in the plane of the substrate, two link arms (304) connected to each of the two seismic masses ( 302) through bending arms (306) for transmitting the movements of the seismic masses (302) to the link arm (304), the second end of the first rigid arm (106) of the strain amplifier cell being connected to one of the connecting arm (304) in the vicinity of an embedment of said link arm (304) to the substrate.
Dispositif (300) selon la revendication 19, les bras de liaison (304) et les bras de flexion (306) formant un cadre sensiblement rectangulaire. The apparatus (300) according to claim 19, the connecting arm (304) and the bending arm (306) forming a substantially rectangular frame.
Dispositif (300) selon l'une des revendications 19 ou 20, comportant en outre des moyens d'excitation (308) des masses sismiques (302) de type électrostatiques et/ou thermiques et/ou piézoélectriques. The apparatus (300) according to one of claims 19 or 20, further comprising excitation means (308) of the seismic masses (302) of electrostatic type and / or thermal and / or piezoelectric.
Dispositif (600, 700, 800) selon l'une des revendications précédentes, comportant en outre au moins une seconde cellule d'amplification de contrainte comprenant au moins deux bras rigides (106', 118') reliés mécaniquement l'un à l'autre par au moins un élément de liaison (110') au niveau d'une première de leurs extrémités, une seconde extrémité d'un premier des deux bras rigides (106') étant reliée mécaniquement au corps d'épreuve (102), une seconde extrémité d'un second (118') des deux bras rigides étant ancrée au substrat, l'élément de liaison (110') étant relié mécaniquement à une première extrémité d'une seconde jauge de contrainte piézorésistive suspendue (112') destinée à travailler de manière différentielle en compression ou tension par rapport à la première jauge de contrainte piézorésistive suspendue (112) travaillant respectivement en tension ou en compression. Means (600, 700, 800) according to one of the preceding claims, further comprising at least one second strain amplifier cell comprising at least two rigid arms (106 ', 118') mechanically connected to the other by at least one connecting element (110 ') at a first of their ends, a second end of a first of the two rigid arms (106') being mechanically connected to the test body (102), a second end of a second (118 ') of the two rigid arms being fixed to the substrate, the connecting element (110') being mechanically connected to a first end of a second suspended piezoresistive strain gauge (112 ') for work differentially in compression or tension in relation to the first suspended piezoresistive strain gauge (112) working in tension or compression, respectively.
Dispositif (600, 700, 800) selon la revendication 22, comportant en outre au moins deux éléments résistifs (608, 610, 706, 710) et une source de polarisation (612, 708) formant, avec les autres éléments du dispositif (600, 700), un pont de Wheastone. Means (600, 700, 800) of claim 22, further comprising at least two resistive elements (608, 610, 706, 710) and a bias source (612, 708) forming, with the other elements of the device (600 , 700), a Wheatstone bridge.
Dispositif (100, 200, 300, 400, 500) selon l'une des revendications 1 à 22, comportant en outre des moyens de mesure (116) de la variation de la résistance de la jauge de contrainte piézorésistive suspendue (112). Means (100, 200, 300, 400, 500) according to one of claims 1 to 22, further comprising measuring means (116) of the variation of the resistance of the suspended piezoresistive strain gauge (112).
Dispositif (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800) selon l'une des revendications précédentes, la ou les jauges de contrainte piézorésistives suspendues (112, 112') étant disposées perpendiculairement à l'axe de l'effort induit à mesurer. Means (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800) according to one of the preceding claims, wherein the or piezoresistive strain gauges suspended (112, 112 ') being arranged perpendicular to the axis of the induced stress measured.
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