Modélisation d'une architecture innovante de microphone MEMS à détection par nano jauges
Résumé
La miniaturisation des microphones constitue un enjeu important dans le domaine médical (implants auditifs) ou de l’électronique grand public (téléphone portable). La réduction de la surface du diaphragme constitue actuellement une limite fondamentale à la miniaturisation des microphones fonctionnant en incidence normale. Pour remédier à cette difficulté, le projet MADNEMS étudie une architecture originale fondée sur l’utilisation de structures mécaniques sensibles oscillant dans le plan du dispositif. La plateforme technologique M&NEMS développée au LETI est employée pour la réalisation concrète de prototypes. Elle permet d’intégrer des nano fils de Silicium employés comme jauges de contraintes en exploitant l’effet piézorésistif. Ce principe de détection, permet d’obtenir une sensibilité accrue du capteur grâce à la concentration de contraintes axiales dans la section de la jauge due (i) à un effet de bras de levier important (ii) à un contraste important entre les surfaces de l’interface fluide-structure et de la section de jauge. La prédiction de la sensibilité de ce type de capteur nécessite une modélisation fine du comportement de l’air contenu dans le microsystème. Elle doit notamment prendre en compte les phénomènes de viscosité et de conduction thermique influents à cette échelle pour être en mesure de déterminer (i) les pertes viscothermiques intervenant au cours de la propagation de l’onde acoustique (ii) la distribution des contraintes s’exerçant sur l’organe sensible. L’article présente la démarche de modélisation employée pour la prise en compte des conditions limites mécaniques et thermiques au niveau des parois et des phénomènes de diffusion visqueuse et thermique intervenant dans l’air. Son implantation dans un code éléments finis permet le calcul numérique de la sensibilité en pression du microphone. Les solutions des simulations sont interprétées en se focalisant sur les phénomènes influents sur la sensibilité de cette nouvelle architecture de capteur.
Domaines
Mécanique [physics]
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