FR2742547A1 - Accelerometre vibrant monolithique et son procede de fabrication - Google Patents
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Abstract
L'accéléromètre vibrant comporte un support (1) et une cellule élémentaire (2) ayant une masse d'épreuve (20), fixée au support (1) par des moyens constituant charnière, et un transducteur force-fréquence (21) relié en un point fixe au support (1) et en un point à la masse (20). La masse (20) est fixée au support (1) par deux couples d'éléments de liaison (C1, C2, C3, C4) disposés de part et d'autre de la masse le long d'un axe sensible (X) et le support (1), la masse (20), les éléments de liaison (C1, C2, C3, C4) et le transducteur (21) constituent un ensemble monolithique.
Description
ACCELEROMETRE VIBRANT MONOLITHIQUE
ET SON PROCEDE DE FABRICATION
La présente invention concerne un accéléromètre monolithique à élément sensible vibrant et son procédé de fabrication.
ET SON PROCEDE DE FABRICATION
La présente invention concerne un accéléromètre monolithique à élément sensible vibrant et son procédé de fabrication.
Depuis une dizaine d'années, on applique aux accéléromètres des technologies qui mettent en oeuvre des matériaux à base de silicium, en particulier pour la fabrication de micro-accéléromètres destinés à des applications en navigation spatiale, aéronautique ou terrestre.
Dans les accéléromètres vibrants dont l'élément sensible, c'est-à-dire la partie de la structure accélérométrique comprenant un résonateur vibrant, est en silicium, cet élément sensible peut être excité de façon capacitive (FR-A2 688 315 et US-A-5 375 469 correspondant), magnétique, thermoélectrique, ou encore thermo-optique. On peut aussi exciter l'élément sensible de façon piézo-électrique. Cependant, dans ce dernier cas, il faut soit ajouter des transducteurs piézo-électriques sur l'élément sensible, soit lui appliquer une ou plusieurs couches de matière piézo-électrique, ce qui rendra la structure accélérométrique plus complexe que dans le cas des autres types d'excitation.
Pour l'accéléromètre décrit dans la présente demande, on envisagera donc l'utilisation de l'un quelconque des types d'excitation mentionnés ci-dessus, à l'exception de lexci- tation piézo-électrique.
On connaît (US-A-4 945 765) un accéléromètre vibrant au silicium. I1 comporte un corps principal constituant support, lequel maintient deux masses d'épreuve respectivement par deux charnières. I1 comporte également deux résonateurs reliant chacun une masse d'épreuve, ou masse sismique, au corps principal.
Le transducteur force-fréquence de l'accéléromètre du document US-A-4 945 765 est composé d'une partie mécanique et d'une partie électrique. La partie mécanique comprend les masses d'épreuve, qui possèdent une fréquence de résonance déterminée, les charnières, et les résonateurs, qui convertissent l'accélération appliquée aux masses d'épreuve en un signal électrique représentatif de l'amplitude de l'accélération.
La partie électrique comprend un circuit de rétroaction pour commander le signal d'oscillation, et un convertisseur analogique-numérique qui, en réponse au signal d'oscillation, fournit un signal numérique représentatif de la fréquence du signal d'oscillation. Ainsi, en réponse à lappli- cation d'une accélération donnée, la partie mécanique oscille à une fréquence donnée, et la partie électrique convertit l'oscillation de la partie mécanique en un signal électrique indiquant la valeur de l'accélération appliquée.
Cet accéléromètre présente plusieurs inconvénients.
Tout d'abord, le transducteur force-fréquence est mécaniquement mal isolé du support. En effet, l'isolement mécanique du transducteur est réalisé par l'inertie des deux masses d'épreuve, dont les extrémités sont très proches du support. L'énergie des oscillations du transducteur est donc susceptible d'être transmise facilement audit support. Or le couplage d'énergie avec le support doit être le plus faible possible. En effet, l'énergie perdue dans le support provoque une dégradation des performances (sensibilité aux facteurs extérieurs, baisse de précision de la mesure, etc.).
De plus, la structure accélérométrique décrite dans le document US-A-4 945 765 limite sa tenue mécanique et restreint donc la gamme d'environnements possibles dutilisa- tion ainsi que les conditions de fonctionnement.
En outre, les axes sensibles, c'est-à-dire les axes suivant lesquels vibre la structure, sont inclinés par rapport à la normale au plan des masses d'épreuve, ce qui impose un réglage d'angle lors du montage des deux structu res accélérométriques tête-bêche, afin d'éviter une forte erreur d'axe ou une grande sensibilité aux accélérations transverses.
Dans le but de remédier à ces inconvénients, la présente invention propose un accéléromètre vibrant, comportant un support, et au moins une cellule élémentaire (ce terme sera défini ci-après) ayant au moins une masse d'épreuve fixée au support par des moyens constituant charnière et un transducteur force-fréquence relié en au moins un point fixe au support et en au moins un point à la masse d'épreuve, caractérisé en ce que la masse d'épreuve est fixée au support par deux couples d'éléments de liaison disposés de part et d'autre de la masse d'épreuve le long d'un axe sensible et en ce que le support, la masse d'épreuve, les éléments de liaison et le transducteur force-fréquence constituent un ensemble monolithique.
La présente invention propose également un procédé de fabrication d'un tel accéléromètre vibrant, caractérisé en ce que, sur une tranche comportant un substrat en silicium ayant un dopage d'une polarité déterminée,
(a) on crée, par implantation d'ions oxygène, une couche isolante de dioxyde de silicium sous une couche mince de substrat,
(b) on attaque sélectivement la couche mince de substrat et la couche isolante de dioxyde de silicium de façon à former des passages au droit d'un nombre prédéterminé d'emplacements du substrat,
(c) par implantation ionique d'un dopant de polarité opposée à celle du substrat, on forme des électrodes d'excitation du transducteur force-fréquence et de mesure de sa fréquence de résonance,
(d) on fait croître par épitaxie, sur la couche mince de substrat, une épaisseur déterminée d'une couche de silicium ayant un dopage de même polarité que le substrat,
(e) par attaque à sec, on découpe, dans cette couche de silicium, la masse d'épreuve, les éléments de liaison et le transducteur force-fréquence,
(f) par attaque humide, on supprime le dioxyde de silicium sous la masse d'épreuve, sous les éléments de liaison et sous le transducteur force-fréquence, et on supprime également le dioxyde de silicium de façon à dégager les électrodes dans les parties extérieures à la masse d'épreuve, aux éléments de liaison et au transducteur forcefréquence,
(g) dans une région située au-dessus de chacun desdits passages, on forme une plage de connexion électrique par dépôt de métal.
(a) on crée, par implantation d'ions oxygène, une couche isolante de dioxyde de silicium sous une couche mince de substrat,
(b) on attaque sélectivement la couche mince de substrat et la couche isolante de dioxyde de silicium de façon à former des passages au droit d'un nombre prédéterminé d'emplacements du substrat,
(c) par implantation ionique d'un dopant de polarité opposée à celle du substrat, on forme des électrodes d'excitation du transducteur force-fréquence et de mesure de sa fréquence de résonance,
(d) on fait croître par épitaxie, sur la couche mince de substrat, une épaisseur déterminée d'une couche de silicium ayant un dopage de même polarité que le substrat,
(e) par attaque à sec, on découpe, dans cette couche de silicium, la masse d'épreuve, les éléments de liaison et le transducteur force-fréquence,
(f) par attaque humide, on supprime le dioxyde de silicium sous la masse d'épreuve, sous les éléments de liaison et sous le transducteur force-fréquence, et on supprime également le dioxyde de silicium de façon à dégager les électrodes dans les parties extérieures à la masse d'épreuve, aux éléments de liaison et au transducteur forcefréquence,
(g) dans une région située au-dessus de chacun desdits passages, on forme une plage de connexion électrique par dépôt de métal.
D'autres caractéristiques encore de la présente invention ressortiront clairement de la description qui suit de modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs.
La description se réfère aux dessins annexés, où l'échelle n'est pas respectée pour plus de clarté, et dans lesquels
- la figure 1 est une vue de dessus schématique de la partie mécanique d'un accéléromètre conforme à un mode particulier de réalisation de la présente invention, où l'accéléromètre comporte une seule cellule élémentaire
- la figure 2, analogue à la figure 1, montre un autre mode de réalisation, où l'accéléromètre comporte deux cellules élémentaires ; ;
- les figures 3A et 3s sont des vues représentant des éléments sensibles constituant des variantes de celui de la figure 1
- la figure 4 est une vue de dessus schématique de l'élément sensible de la figure 1 et des électrodes portées par ses lames
- la figure 5 est une vue schématique du circuit électrique de mise en oscillation du transducteur forcefréquence et de mesure de sa fréquence d'oscillation
- la figure 6 est une vue en coupe suivant la ligne VI
VI de la figure 1.
- la figure 1 est une vue de dessus schématique de la partie mécanique d'un accéléromètre conforme à un mode particulier de réalisation de la présente invention, où l'accéléromètre comporte une seule cellule élémentaire
- la figure 2, analogue à la figure 1, montre un autre mode de réalisation, où l'accéléromètre comporte deux cellules élémentaires ; ;
- les figures 3A et 3s sont des vues représentant des éléments sensibles constituant des variantes de celui de la figure 1
- la figure 4 est une vue de dessus schématique de l'élément sensible de la figure 1 et des électrodes portées par ses lames
- la figure 5 est une vue schématique du circuit électrique de mise en oscillation du transducteur forcefréquence et de mesure de sa fréquence d'oscillation
- la figure 6 est une vue en coupe suivant la ligne VI
VI de la figure 1.
Comme le montre la figure 1, dans un mode avantageux de réalisation, l'accéléromètre de la présente invention comporte un support 1, qui est le corps de l'accéléromètre.
Il comporte également une cellule élémentaire 2, comprenant une masse sismique ou masse d'épreuve de forme rectangulaire 20, un transducteur force-fréquence 21 et des éléments de liaison C1,C2,C3,C4.
La masse d'épreuve 20 est fixée au support 1 en quatre points d'ancrage A,B,C,D par l'intermédiaire des éléments de liaison C1,C2,C3,C4, constitués par des lames ayant une épaisseur dans le plan de la masse d'épreuve 20 très faible devant leur profondeur dans la direction perpendiculaire à ladite masse. Les éléments de liaison C1,C2,C3,C4 sont répartis en deux couples (C1,C2) et (C3,C4) placés sur des prolongements respectifs 201,202 de la masse d'épreuve 20, de part et d'autre de celle-ci, le long de l'axe sensible X.
Dans le mode particulier de réalisation représenté sur la figure 1, le transducteur force-fréquence 21 comprend une poutre 210 disposée suivant l'axe sensible X. Une extrémité
F de la poutre 210 est fixée à la masse d'épreuve 20, et l'autre extrémité E est fixée au support 1.
F de la poutre 210 est fixée à la masse d'épreuve 20, et l'autre extrémité E est fixée au support 1.
Le transducteur 21 comprend également une première lame 211 s'étendant de part et d'autre de la poutre 210 perpendiculairement à l'axe sensible X, dans un plan parallèle à des grandes surfaces de la masse 20. La lame 211 est solidaire de la partie centrale de la poutre 210 et d'une seule pièce avec elle.
Le transducteur 21 comprend en outre deux deuxièmes lames 212,213 symétriques par rapport à l'axe longitudinal de la première lame 211, et solidaires de la poutre 210, placées chacune d'un côté de la première lame 211.
La conformation, qu'on appellera "en double papil lon", de l'élément sensible selon le mode de réalisation de la figure 1 comporte des échancrures près de la poutre 210, aux articulations des deux deuxièmes lames 212,213. Ces échancrures accroissent la sensibilité de la poutre 210 à la torsion et facilitent la vibration des deux deuxièmes lames 212,213.
De nombreuses variantes de forme des lames 211,212,213 sont possibles. Parmi l'ensemble de ces variantes, les figures 3A et 3B représentent deux autres exemples de conformation en double papillon. Sur la figure 3A, les articulations entre les deuxièmes lames 212,213 et la poutre 210 sont pourvues de doubles échancrures. Sur la figure 3B, les extrémités de la première lame 211 forment des hexagones et les deux deuxièmes lames 212,213 ont une forme complémentaire.
La conformation en double papillon n'est pas la seule possible. L'élément sensible peut avoir une conformation en poutre simple, fixée par ses extrémités et vibrant dans un plan parallèle à des grandes surfaces de la masse. Il peut aussi avoir une conformation en simple papillon, ce qui correspond au cas d'une lame unique, analogue à la première lame 211. Il peut aussi avoir une conformation dite "en double diapason", telle que celle décrite dans les documents de brevet français FR-A-2 640 045 et américain correspondant
US-A-5 020 370, ou encore une conformation en trois lames (GB-A-2 141 231), ou en quatre lames. La structure en trois lames peut comprendre une lame centrale vibrant au-dessus du plan de la masse d'épreuve, et en opposition de phase par rapport à deux lames latérales, qui vibrent en dessous de ce plan.La structure en quatre lames peut comprendre une lame centrale composée de deux parties vibrant au-dessus dudit plan, et deux lames extérieures vibrant en dessous dudit plan.
US-A-5 020 370, ou encore une conformation en trois lames (GB-A-2 141 231), ou en quatre lames. La structure en trois lames peut comprendre une lame centrale vibrant au-dessus du plan de la masse d'épreuve, et en opposition de phase par rapport à deux lames latérales, qui vibrent en dessous de ce plan.La structure en quatre lames peut comprendre une lame centrale composée de deux parties vibrant au-dessus dudit plan, et deux lames extérieures vibrant en dessous dudit plan.
Toutefois, la conformation en double papillon représentée sur les figures 3A et 3B est particulièrement avantageuse. Elle confère un meilleur isolement mécanique à l'élé- ment sensible par rapport au support, ce qui permet d'obtenir un facteur de qualité élevé (ce terme sera précisé ci après). L'entretien des oscillations nécessite très peu d'énergie.
Dans le mode de réalisation de la figure 1, le transducteur 21 est placé à l'extérieur de la masse 20. Cette solution apparaît à l'heure actuelle la plus avantageuse.
Toutefois, le transducteur peut également être disposé à l'intérieur de la masse 20 ou en tout autre endroit, pourvu qu'il soit relié en au moins un point fixe au support 1 et en au moins un point à la masse 20.
Le principe de fonctionnement de l'accéléromètre selon le mode de réalisation de la figure 1 est le suivant. Les quatre éléments de liaison C1,C2,C3,C4 fixant la masse d'épreuve 20 au support 1 forment deux parallélogrammes déformables, dont l'un est défini par les éléments de liaison C1,C3 et les points A,B, et l'autre est défini par les éléments de liaison C2,C4 et les points C,D.
En raison de leur constitution, décrite ci-dessus, les quatre éléments de liaison C1,C2,C3,C4 confèrent à la masse 20 une souplesse selon l'axe sensible X supérieure de plusieurs ordres de grandeur à la souplesse dans les autres directions. Ce type d'éléments de liaison contribue donc à une bonne tenue mécanique de la cellule élémentaire. En fonctionnement, sous l'effet d'une accélération appliquée selon l'axe X, les parallélogrammes tendent à se déformer et la masse d'épreuve 20 tend à se déplacer selon l'axe X. Elle exerce une force de traction ou de compression sur la poutre 210 selon la direction EF. La fréquence propre d'oscillation du transducteur force-fréquence 21 varie en fonction de l'effort de traction, respectivement de compression. Cette variation de fréquence est donc fonction de l'accélération appliquée à la masse d'épreuve.
La partie électrique de l'accéléromètre comporte des électrodes d'excitation et de détection 31,32,33,24 portées par les lames 212 et 213, représentées de façon schématique en tirets sur la figure 4. Ces électrodes permettent de mettre en vibration les lames 212 et 213, ainsi que la lame 211 du fait de son couplage mécanique avec les deux autres lames, et de détecter leur fréquence d'oscillation. L'excitation peut par exemple être réalisée par les électrodes 31,32, et la détection par les électrodes 33,34. On peut également prévoir quatre électrodes qui, au cours d'un même cycle de mesure, peuvent être attribuées alternativement à l'excitation et à la détection, selon toutes les combinaisons possibles.
Les électrodes sont alimentées par une tension de polarisation constante Vo fournie par une source de tension continue 40 telle que représentée sur la figure 5, et sont connectées à un oscillateur 41, qui leur applique une tension alternative d' excitation Avsin(wot), laquelle se superpose à Vo grâce au module sommateur de tensions 42.
L'oscillateur 41 est asservi de façon que la fréquence Fo = wo/2s du signal de tension alternative soit la fréquence propre d'oscillation des lames. Comme le montre la figure 5, le signal détecté par les électrodes de détection 33,34 est amplifié par un module amplificateur 43, intégré par un module intégrateur 44, filtré par un filtre passe-bande 45 puis fourni en entrée à l'oscillateur 41. Les électrodes et l'ensemble des modules 40 à 45 forment un circuit électrique de mise en oscillation et de mesure de la fréquence d'oscillation.
La figure 2 représente un autre mode particulier de réalisation dans lequel deux cellules élémentaires 2a et 2b, identiques entre elles et identiques à la cellule représentée sur la figure 1, sont disposées tête-bêche pour former un accéléromètre selon la présente invention. Les chiffres de référence désignant les éléments de chacune des cellules sont identiques aux chiffres de référence corres pondants de la figure 1, et sont suivis d'un a@@ "a" pour lune des cellules, et d'un "b" pour l'autre cellule.
Le montage illustré par la figure 2 n'est en aucun cas limitatif. Par exemple, au lieu d'être disposées de façon que les masses d'épreuve 20a et 20b soient adjacentes, les deux cellules 2a et 2b peuvent être disposées de façon que les éléments adjacents soient les transducteurs forcefréquence 21a et 21b. En variante, on peut prévoir une masse d'épreuve centrale unique et deux transducteurs disposés chacun à une extrémité de la masse.
Dans le mode de réalisation de la figure 2, les deux transducteurs 2la,21b fonctionnent en mode différentiel, c'est-à-dire que lorsque la poutre du transducteur 21a est soumise à une compression, la poutre du transducteur 21b est soumise à une traction, et réciproquement. L'application d'une accélération à l'ensemble provoque donc des variations en sens contraire des fréquences d'oscillation des deux transducteurs, à savoir, une augmentation de la fréquence d'oscillation d'un transducteur et une diminution de lafréquence d'oscillation de l'autre transducteur.La différence entre les fréquences d'oscillation des deux transducteurs est fonction de l'effort exercé sur les transducteurs, et donc, par l'intermédiaire de la masse M de chacune des masses d'épreuve, cette différence entre les fréquences d'oscillation des deux transducteurs est fonction de l'accélération appliquée aux deux cellules élémentaires. Un tel agencement tête-bêche est avantageux, car il contribue à linéariser la fonction de transfert de 1'accéléromètre et permet d'éliminer les défauts de mode commun.
On peut définir pour le transducteur force-fréquence 21 une fréquence de résonance Fo, qui est la fréquence propre d'oscillation des lames, et un facteur de qualité ou coefficient de surtension Q.
Si llaccéléromètre fonctionne sous vide, le facteur de qualité Q est très élevé, et peut être de l'ordre de 600000.
La cellule accélérométrique est alors enfermée dans un boîtier étanche (non représenté) permettant de conserver à l'intérieur du boîtier un vide prédéterminé souhaité.
Toutefois, un facteur de qualité Q aussi élevé est susceptible de fragiliser la cellule accélérométrique. Dans un autre mode particulier de réalisation, la valeur de Q ne dépasse pas 100 000. Pour cela, le boîtier peut contenir une atmosphère de gaz inerte tel que l'azote.
Enfin, l'accéîéromètre peut fonctionner à l'air libre, ce qui simplifie la fabrication en supprimant la nécessité d'un boîtier et de scellements hermétiques.
Dans le mode de réalisation de la figure 1, le support 1, la masse d'épreuve 20, les éléments de liaison C1,C2,C3,C4 et le transducteur force-fréquence 21 constituent un ensemble monolithique. Il en est de même pour le support 1, les masses d'épreuve 20a,20b, les éléments de liaison Cla,C2a,C3a,C4a,Clb,C2b,C3b,C4b et les transducteurs force-fréquence 21a,21b du mode de réalisation de la figure 2.
On décrira maintenant, à laide de la figure 6, qui représente une coupe suivant la ligne VI-VI du dispositif de la figure 1, un procédé de fabrication de l'accéléromètre vibrant selon la présente invention, permettant d'obtenir une structure monolithique de la cellule accélérométrique.
On dispose au départ d'une tranche de substrat en silicium monocristallin, ou "wafer". La tranche présente un dopage d'une polarité déterminée, par exemple N, ce choix n'étant pas limitatif.
Au cours d'une première étape, on crée, par implantation ionique d'ions oxygène, une couche électriquement isolante de dioxyde de silicium sous une couche "mince" de substrat, à savoir, présentant une épaisseur inférieure à 1 um. La couche isolante de SiO2 présente quant à elle une épaisseur pouvant aller de 0,1 à 0,6 um.
Au cours d'une deuxième étape, on attaque sélectivement la couche mince du substrat et la couche isolante de dioxyde de silicium de façon à former, en un nombre prédéterminé d'emplacements de la tranche, des trous verticaux 4, qui débouchent à la surface de la tranche, et dont le fond est formé par la partie de la tranche située sous le niveau de la couche isolante de SiO2.
Au cours d'une troisième étape, on forme, sous lesdits emplacements, les électrodes d'excitation et de détection mentionnées plus haut, ainsi que leur alimentation. On réalise à cet effet un dopage par implantation ionique locale à l'aide d'un dopant présentant une polarité opposée à celle du substrat, de type P dans le mode de réalisation de la figure 6. On peut par exemple bombarder la tranche, au travers d'un masque résine, avec un faisceau d'ions bore à haute énergie.
Au cours d'une quatrième étape, on fait croître par épitaxie, sur la couche mince située en surface de la tranche, une épaisseur de silicium monocristallin comprise entre 10 um et 60 ,um, le silicium épitaxié ayant un dopage de même polarité que le substrat, c'est-à-dire de type N dans le mode de réalisation de la figure 6.
Au cours d'une cinquième étape, on découpe la structure accélérométrique au moyen d'une attaque à sec du type RIE (en anglais "Reactive-Ion Etching) sur la couche de silicium créée par épitaxie. On forme ainsi la masse d'épreuve 20 (non visible sur la coupe VI-VI de la figure 6), les éléments de liaison C1,C2,C3,C4 (seuls C1 et C2 sont visibles sur la figure 6) et le transducteur force-fréquence 21 avec ses lames 211,212,213. Les éléments de liaison sont fixés par une de leurs extrémités à la masse d'épreuve 20, et par leur autre extrémité aux points d'ancrage A,B,C,D, lesquels sont constitués par des portions de la tranche non attaquées lors de la découpe.
Au cours d'une sixième étape, on supprime par attaque humide la couche isolante de SiO2 sous la structure accélérométrique qui vient d'être découpée et au niveau des électrodes, de façon à dégager la structure accélérométrique et libérer les électrodes dans les parties extérieures à ladite structure. La partie restante du substrat initial dopé N forme le support 1 et présente une épaisseur typique de l'ordre de 500 um.
Au cours d'une septième étape, on forme des plages de connexion électrique par dépôt d'un métal tel que l'or sur les électrodes, aux fins de câblage pour le circuit électri que de mise en oscillation de l'élément sensible et de mesure de sa fréquence d'oscillation.
L'isolation entre les différentes électrodes est réalisée par polarisation des jonctions PN correspondantes en inverse, c'est-à-dire en polarisant le substrat dopé N de façon appropriée par rapport aux tensions des électrodes.
Cette technique permet de s'affranchir des couches de Pyrex ou autre structure protectrice "en sandwich" de l'art antérieur, ce qui simplifie la fabrication.
Le procédé de fabrication du mode de réalisation de la figure 2 peut être analogue à celui qui vient d'être décrit.
Claims (10)
1. Accéléromètre vibrant, comportant un support (1), et au moins une cellule élémentaire (2;2a,2b) ayant au moins une masse d'épreuve (20;20a,20b) fixée au support (1) par des moyens constituant charnière et un transducteur forcefréquence (21;21a,21b) relié en au moins un point fixe au support (1) et en au moins un point à la masse d'épreuve (20;20a,20b),
caractérisé en ce que la masse d'épreuve (20;20a,20b) est fixée au support (1) par deux couples d'éléments de liaison (Cl,C2 ,C3 ,C4;Cîa, C2a, C3a,C4a,Clb,C2b,C3b,C4b) disposés de part et d'autre de la masse d'épreuve (20;20a,20b) le long d'un axe sensible (X) et en ce que le support (1), la masse d'épreuve (20;20a,20b), les éléments de liaison (Cl,C2,C3,C4;Cla,C2a,C3a,C4a,Clb,C2b,C3b,C4b) et le transducteur force-fréquence (21;21a,21b) constituent un ensemble monolithique.
2. Accéléromètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque transducteur force-fréquence (21;21a,21b) comprend une poutre (210) reliant la masse d'épreuve (20;20a,20b) au support (1), et disposée suivant l'axe sensible (X), et au moins une lame (211,212,213) s'étendant de part et d'autre de la poutre (210) orthogonalement à l'axe sensible (X), dans un plan parallèle à des grandes surfaces de la masse d'épreuve (20;20a,20b), et un circuit électrique (31,32,33,34,40,41,42,43,44,45) de mise en oscillation de la poutre (210) et de ladite lame (211,212,213), et de mesure de la fréquence d'oscillation de la lame (211,212,213).
3. Accéléromètre selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque transducteur force-fréquence (21;21a,21b) présente une forme symétrique par rapport à l'axe sensible (X) et comprend une première lame (211) disposée de façon centrale sur la poutre (210) et deux deuxièmes lames (212,213) symétriques disposées sur la poutre (210) respectivement de chaque côté de la première lame (211), la poutre (210) pouvant être soumise à un mouvement de torsion autour de l'axe sensible (X), et les lames (211,212,213) pouvant être soumises à un mouvement de rotation autour de ce même axe (X).
4. Accéléromètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte deux cellules élémentaires (2a,2b) placées tête-bêche et reliées à un même support (1), les transducteurs force-fréquence (21a,21b) des deux cellules étant montés de façon qu'une accélération dirigée suivant l'axe sensible (X) provoque des modifications opposées de caractéristiques des deux transducteurs force-fréquence (21a,2lb)
5. Accéléromètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est dépourvu de boîtier étanche.
6. Procédé de fabrication d'un accéléromètre vibrant selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, sur une tranche comportant un substrat en silicium ayant un dopage d'une polarité prédéterminée,
(a) on crée par implantation d'ions oxygène une couche isolante de dioxyde de silicium sous une couche mince de substrat,
(b) on attaque sélectivement la couche mince de substrat et la couche isolante de dioxyde de silicium de façon à former des passages au droit d'un nombre prédéterminé d'emplacements du substrat,
(c) par implantation ionique d'un dopant de polarité opposée à celle du substrat, on forme des électrodes d'excitation du transducteur force-fréquence (21;;21a,21b) et de mesure de sa fréquence de résonance (Fo),
(d) on fait croître par épitaxie, sur la couche mince de substrat, une épaisseur déterminée d'une couche de silicium ayant un dopage de même polarité que le substrat,
(e) par attaque à sec, on découpe, dans cette couche de silicium, la masse d'épreuve (20;20a,20b), les éléments de liaison (Cl,C2,C3,C4;Cla,C2a,C3a,C4a,Clb,C2b,C3b,C4b) et le transducteur force-fréquence (21;21a,21b),
(f) par attaque humide, on supprime le dioxyde de silicium sous la masse d'épreuve (20;20a,20b), sous les éléments de liaison (Cl,C2,C3,C4;Cla,C2a,C3a,C4a,Clb,C2b,
C3b,C4b) et sous le transducteur force-fréquence (21;21a,21b), et on supprime également le dioxyde de silicium de façon à dégager les électrodes dans les parties extérieures à la masse d'épreuve (20;;20a,20b), aux éléments de liaison (Cl,C2,C3,C4;Cla,C2a,C3a,C4a,Clb,C2b,C3b,C4b) et au transducteur force-fréquence (21;21a,21b),
(g) dans une région située au-dessus de chacun desdits passages, on forme une plage de connexion électrique par dépôt de métal.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'à l'étape (c), on réalise l'implantation ionique des électrodes au travers d'un masque résine.
8. Procédé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'à l'étape (d) on fait croître par épitaxie une épaisseur de silicium comprise entre 10 um et 60 um.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'à l'étape (c), on réalise l'implantation ionique à l'aide d'un dopant de type P, le substrat en silicium ayant un dopage de type N.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'à l'étape (c), on réalise l'implantation ionique à laide d'un dopant de type N, le substrat en silicium ayant un dopage de type P.
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| FR9515065A FR2742547B1 (fr) | 1995-12-19 | 1995-12-19 | Accelerometre vibrant monolithique et son procede de fabrication |
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Citations (4)
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| DE1296433B (de) * | 1966-08-18 | 1969-05-29 | Gen Precision Inc | Beschleunigungsmesser |
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| EP0605300A1 (fr) * | 1992-12-28 | 1994-07-06 | Commissariat A L'energie Atomique | Procédé de fabrication d'accéléromètres utilisant la technologie silicium sur isolant et accéléromètre obtenu par un tel procédé |
-
1995
- 1995-12-19 FR FR9515065A patent/FR2742547B1/fr not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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