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5-6-5 systèmes microélectromécaniques sic (mems) et capteurs

Technologie 5.silicon de carbure

5-6-5 systèmes microélectromécaniques sic (mems) et capteurs

2018-01-08

comme décrit dans le chapitre de hesketh sur le micro-usinage dans ce livre, le développement et l'utilisation de mems à base de silicium continue de s'étendre. Alors que les sections précédentes de ce chapitre se sont centrées sur l'utilisation de sic pour les dispositifs électroniques traditionnels à semi-conducteurs, sic devrait également jouer un rôle important dans les applications émergentes de mems. sic a d'excellentes propriétés mécaniques qui répondent à certaines imperfections des mems à base de silicium tels que l'extrême dureté et la faible friction réduisant l'usure mécanique ainsi qu'une excellente inertie chimique aux atmosphères corrosives. par exemple, une excellente durabilité est examinée pour permettre le fonctionnement de longue durée de micromoteurs électriques et de sources de production d'énergie à micro-turboréacteurs où les propriétés mécaniques du silicium semblent insuffisantes.


Malheureusement, les mêmes propriétés qui rendent la silicone plus durable que le silicium rendent également la micromachine plus difficile. Les résultats obtenus à ce jour sont examinés dans les références 124 et 190. L'impossibilité d'effectuer une gravure à motifs fins de monocristaux 4h- et 6h-sic avec des produits chimiques humides (section 5.5.4) rend plus difficile le micro-usinage de cette sic électronique. par conséquent, la majeure partie du micro-usinage à ce jour a été mise en oeuvre dans des couches 3c-sic et polycristallines hétéroépitaxiées électriquement inférieures déposées sur des tranches de silicium. des variantes de micro-usinage en vrac, de micro-usinage de surface et de techniques de micromoulage ont été utilisées pour fabriquer une grande variété de structures micromécaniques, y compris des résonateurs et des micromoteurs. un sic standardisé sur le service de fonderie de processus de fabrication micromécanique de plaquettes de silicium, qui permet aux utilisateurs de réaliser leurs propres dispositifs micro-usinés spécifiques d'application tout en partageant l'espace et le coût des plaquettes avec d'autres utilisateurs, est disponible dans le commerce.


pour les applications nécessitant une électronique sic à haute température et à faible fuite impossible avec des couches sic déposées sur silicium (y compris les transistors à haute température, voir section 5.6.2), concepts pour intégrer une électronique beaucoup plus performante avec des mems sur des plaquettes sic 4h / 6h avec des épilayers ont également été proposés. par exemple, des capteurs de pression développés pour être utilisés dans des régions à haute température de moteurs à réaction sont mis en œuvre en 6h-sic, en grande partie du fait qu'une faible fuite de jonction est nécessaire pour obtenir un fonctionnement correct du capteur. L'électronique intégrée des transistors 4h / 6h sur puce qui permet de manière avantageuse le conditionnement de signaux sur le site de détection à haute température est également en cours de développement. Avec tous les capteurs à base micromécanique, il est vital d'emballer le capteur de manière à minimiser l'imposition de contraintes thermomécaniques (qui résultent de décalages de coefficient de dilatation thermique sur des portées de température beaucoup plus grandes permises par sic) sur les éléments sensibles. par conséquent (comme mentionné précédemment dans la section 5.5.6), l'emballage avancé est presque aussi critique que l'utilisation de sic pour étendre utilement l'enveloppe opérationnelle des mems dans des environnements difficiles.


Comme nous l'avons vu à la section 5.3.1, une application primaire des capteurs sic-environnement est de permettre une surveillance active et un contrôle des systèmes de moteurs à combustion afin d'améliorer le rendement énergétique tout en réduisant la pollution. À cette fin, les capacités à haute température de sic ont permis la réalisation de structures de capteurs catalytiques de gaz catalytiques métal-sic et métal-isolant-sic très prometteuses pour les applications de surveillance des émissions et la détection des fuites du système de carburant. Le fonctionnement à haute température de ces structures, impossible avec le silicium, permet une détection rapide des variations de la teneur en hydrogène et en hydrocarbures à des sensibilités de parties par million dans des capteurs de très petite taille facilement insérables sur un moteur sans refroidissement. Cependant, d'autres améliorations de la fiabilité, de la reproductibilité et du coût des capteurs de gaz à base de SIC sont nécessaires avant que ces systèmes ne soient prêts à être largement utilisés dans les automobiles et les avions grand public. en général, la même chose peut être dite pour la plupart des systèmes, ce qui n'assurera pas une insertion généralisée bénéfique du système jusqu'à ce qu'une haute fiabilité dans des environnements difficiles soit assurée par un développement technologique plus poussé.

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