FR2997555A1 - Reseau de connexion pour nems a agencement ameliore - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un NEMS doté d'un réseau, de pistes et/ou de lignes conductrices, sur lesquelles on applique des signaux d'excitation symétriques, ce réseau présentant une symétrie selon un axe passant par une ligne ou une piste conductrice de détection acheminant un signal de détection provenant du NEMS, la symétrie du réseau et des signaux permettant de palier au problème de capacités parasites engendrées entre le réseau et la ligne de détection.
Description
RESEAU DE CONNEXION POUR NEMS A AGENCEMENT AMELIORE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR La présente demande concerne le domaine des systèmes électromécaniques et en particulier celui des NEMS (NEMS pour « Nano Electro- Mechanical System » ou nano-systèmes électromécaniques) dotés d'au moins un élément mobile de taille nanométrique. Elle prévoit un dispositif permettant de limiter voire supprimer l'influence du phénomène de capacités parasites sur la détection réalisée par le NEMS, lorsque le ou les éléments mobiles du NEMS fonctionnent à haute fréquence, c'est à dire au-delà de 100 kHz et en particulier au-delà de 1 MHz. Parmi les dispositifs NEMS existants, ceux appelés « Cross-Beam » sont dotés d'un élément mobile 15 qui peut être sous forme d'une poutre ou d'un barreau destiné à vibrer ou à osciller (figures 1A et 1B).
Cet élément mobile 15 est généralement formé sur un substrat de type semi-conducteur sur isolant, en particulier un substrat SOI (SOI pour « Silicon on Insulator » ou silicium sur isolant) comprenant une couche de support 10 semiconductrice qui peut être par exemple à base de silicium, une couche isolante 11 dite « d'oxyde enterré» qui peut être par exemple à base de Si02 et une fine couche semi- conductrice 12 qui peut être également à base de Si (figure 2). L'élément mobile 15 est mis en mouvement par le biais de moyens d'actionnement électrostatiques comprenant un réseau de connexion sur lequel un signal d'excitation est appliqué, le réseau de connexions se terminant par un ou plusieurs plots 21, 22 disposés à proximité de l'élément mobile 15.
Le signal d'excitation est généralement un signal haute fréquence ou ayant une fréquence supérieure à 10 kHz.
Des moyens de détection comprenant des jauges piézo-résistives 26, 27 ainsi qu'un plot 28, permettent de réaliser une détection du signal électrique généré par les mouvements de l'élément mobile 15. Le dispositif comprend également des moyens de polarisation des jauges piézo-résistives et dotés de plots 24, 25, sur lesquels un signal de polarisation, généralement sous forme de tension continue, est appliqué. Selon une possibilité de mise en oeuvre, les plots 21, 22, 24, 25, 28 peuvent être réalisés sur le substrat dans un seul niveau métallique. Ce niveau métallique peut être également utilisé pour former un réseau d'accès (non représenté sur les figures 1A-1E3 et 2) entre les plots 21, 22, 24, 25, 28 du dispositif NEMS et des plots de connexion externes. Du fait de la présence de la couche isolante 11, le réseau d'accès et les plots peuvent générer des capacités parasites Cpi, Cp2, Cp3, Cp4, Cp5, Cp6(figure 2). Ces capacités parasites Cpi, Cpz, CP3, CP4, Cps, Cp6 peuvent atteindre des valeurs par exemple de l'ordre de 1 à 10 pF. Sur la figure 3, une première courbe C1 illustre une réponse en fréquence d'un dispositif NEMS tel que décrit précédemment, pour un signal d'excitation entre 10 kHz et 100 MHz appliqué directement sur le plot d'excitation 21 et sans passer par un réseau d'accès. Dans cet exemple, la réponse en fréquence comporte un pic de résonance situé autour de 20 MHz. Une deuxième courbe C2 illustre quant à elle la réponse en fréquence du dispositif pour un même signal d'excitation cette fois appliqué par le biais d'un réseau d'accès. Du fait des capacités parasites induites par le réseau d'accès, aucun pic de résonance ne figure sur cette deuxième courbe C2, le signal utile étant alors invisible.
Le document US 7 615°845 prévoit une méthode permettant de réduire la capacité parasite induite dans un dispositif MEMS. Cette méthode nécessite la réalisation d'un amplificateur et la mise en oeuvre d'un procédé de réalisation dans lequel plusieurs implantations permettent de réaliser des jonctions. Il se pose le problème de réaliser un nouveau dispositif NEMS dans lequel l'impact des capacités parasites serait réduit ou supprimé.
EXPOSÉ DE L'INVENTION La présente invention concerne un dispositif connecté à un système électromécanique comprenant un élément mobile, le dispositif comprenant au moins un premier circuit électrique d'excitation formé d'une ou plusieurs pistes conductrices par laquelle ou par lesquelles transite au moins un premier signal d'excitation dudit élément mobile du système électromécanique, et au moins un deuxième circuit électrique d'excitation formé d'une ou plusieurs pistes conductrices par laquelle ou par lesquelles transite au moins un deuxième signal d'excitation dudit élément mobile du système électromécanique en opposition avec ledit premier signal, le premier signal d'excitation, l'agencement et la forme des pistes conductrices traversées par ce premier signal, le deuxième signal d'excitation, ainsi que l'agencement et la forme des pistes conductrices traversées par ce deuxième signal, étant prévus de sorte que l'effet, sur une zone conductrice de détection destinée à acheminer des signaux traduisant des mouvements dudit élément mobile dudit système électro-mécanique, de capacités parasites entre le premier circuit et cette zone conductrice de détection, est compensé par l'effet, sur cette zone conductrice de détection, de capacités parasites entre ledit deuxième circuit électrique et cette même zone conductrice de détection. La présente invention concerne également un dispositif doté d'un système électromécanique formé sur un substrat et isolé du substrat par une couche isolante et comprenant un élément mobile actionné par des moyens d'actionnement comprenant un premier plot d'excitation disposé à proximité dudit élément mobile, le premier plot d'excitation étant connecté à une première piste conductrice à laquelle un premier signal d'excitation est appliqué ou destiné à être appliqué, et comprenant une zone conductrice de détection connectée à des moyens de détection destinés à traduire le mouvement dudit élément mobile en signal électrique, le dispositif comprenant en outre une deuxième piste conductrice comportant une première extrémité par laquelle le deuxième signal est appliqué ou destiné à être appliqué, et une deuxième extrémité, libre, les première et deuxième pistes conductrices étant situées de part et d'autre de ladite zone conductrice de détection, la zone conductrice de détection étant respectivement reliée électriquement aux première et deuxième pistes conductrices par des premier et deuxième réseaux de couplage parasites à travers le substrat et la couche isolante, lesdits premier et deuxième signaux d'excitation présentant des amplitudes respectives et un déphasage respectif prédéterminés de sorte que les variations respectives induites par les réseaux de couplage sur le signal transitant sur la zone conductrice de détection sont opposées et se compensent. Selon une possibilité de mise en oeuvre, la deuxième piste conductrice peut comprendre au moins une zone symétrique de la première piste conductrice par rapport à un axe donné parallèle au substrat. Cet axe donné de symétrie passe par, et est parallèle à, une zone conductrice de détection connectée à des moyens de détection permettant de convertir des mouvements de l'élément mobile en signal électrique. Le premier signal et le deuxième signal peuvent être des signaux symétriques. Ainsi, le premier signal et le deuxième signal peuvent être de même amplitude ou sensiblement de même amplitude, de même fréquence, et en opposition de phase ou sensiblement en opposition de phase. Un agencement ou une topologie symétrique des pistes conductrices du réseau de connexions du NEMS amenant les signaux d'excitation, permet de faire fonctionner ce système électromécanique dans différents modes d'excitation tout en limitant l'influence des capacités parasites sur la détection.
L'influence de capacités parasites sur un dispositif électromécanique est d'autant plus important que la fréquence à laquelle l'élément mobile oscille ou vibre est importante et que cet élément est de faible taille. La deuxième piste conductrice joue un rôle de piste factice par laquelle le deuxième signal d'excitation circule sans être amené à actionner l'élément mobile ou à influer sur l'actionnement de l'élément mobile, mais qui, par son comportement symétrique de celui de la première piste de par le signal qui lui est appliqué, permet de limiter le phénomène de capacité parasites. Le système électro-mécanique peut être un NEMS, doté d'un élément mobile de dimension critique nanométrique ou inférieure à 1 um.
Le premier signal et le deuxième signal peuvent être par exemple des signaux de fréquence supérieure à 100 kHz, en particulier des signaux sinusoïdaux ayant une fréquence égale à la fréquence de résonance Fr de l'élément mobile, égale à la moitié de la fréquence de résonance Fr de l'élément mobile.
La première piste conductrice peut comprendre une première portion conductrice et une deuxième portion conductrice, la première portion conductrice ayant une dimension critique et une longueur supérieures à celles de ladite deuxième portion. La deuxième piste conductrice peut comprendre, quant à elle, une première portion conductrice et une deuxième portion conductrice, la première portion conductrice ayant une dimension critique et une longueur supérieures à celles de ladite deuxième portion. La première piste et la deuxième piste peuvent être prévues de sorte que la première portion de ladite première piste est symétrique de ladite première portion de la deuxième piste. Ainsi, on met en oeuvre une symétrie de portions conductrices de la première piste conductrice et de la deuxième piste conductrice ayant les dimensions les plus importantes, les portions restantes de la première piste conductrice et de la deuxième piste conductrice pouvant éventuellement ne pas être totalement ou parfaitement symétriques. Le dispositif peut comprendre en outre une troisième piste conductrice à laquelle un signal d'excitation est appliqué ou destiné à être appliqué, et une quatrième piste conductrice à laquelle un autre signal d'excitation est appliqué ou destiné à être appliqué, au moins une zone de la quatrième piste conductrice étant symétrique de la troisième piste conductrice par rapport audit axe donné, ladite quatrième piste conductrice étant connectée audit deuxième plot, ladite troisième piste conductrice comportant une extrémité libre. Selon une possibilité de mise en oeuvre, au moins une zone de la quatrième piste conductrice peut être symétrique de la troisième piste conductrice par rapport audit axe.
Un ajout de pistes conductrices supplémentaires peut permettre de mettre en oeuvre un mode d'excitation par lequel on obtient un meilleur gain ainsi qu'un meilleur rapport signal sur bruit. Ainsi, la quatrième piste conductrice peut être connectée par 5 l'intermédiaire d'une zone conductrice à un plot appartenant aux moyens d'actionnement et disposé à proximité dudit élément mobile, tandis que la quatrième piste conductrice et le premier plot ne sont pas connectés entre eux. Un troisième signal d'excitation et un quatrième signal d'excitation peuvent être appliqués respectivement sur ladite troisième piste conductrice et sur ladite 10 quatrième piste conductrice, le troisième signal d'excitation et le quatrième signal d'excitation étant en opposition de phase. Selon un premier mode d'excitation possible de l'élément mobile, le premier signal et le troisième signal peuvent être en phase, tandis que le deuxième signal et le quatrième signal sont en phase. 15 Selon un deuxième mode d'excitation possible de l'élément mobile, le premier signal et le troisième signal peuvent être en quadrature de phase, tandis que le deuxième signal et le quatrième signal sont en quadrature de phase. Le dispositif peut comprendre en outre des moyens pour produire lesdits signaux d'excitation. 20 Le dispositif peut comprendre en outre des moyens de détection pour convertir des mouvements de l'élément mobile en signaux électriques. Selon une possibilité de mise en oeuvre, le dispositif peut comprendre des moyens de polarisation, lesdits moyens de polarisation comprenant au moins une piste conductrice à laquelle un signal de polarisation est appliqué ou destiné à être 25 appliqué, et au moins une autre piste conductrice à laquelle un signal de polarisation est appliqué ou destiné à être appliqué, lesdits pistes conductrices des moyens de polarisation étant symétriques par rapport audit axe. Les pistes conductrices des moyens de polarisation peuvent être symétriques par rapport audit axe donné.
Ainsi, pour réduire l'influence de capacités parasites une symétrie des pistes conductrices destinées à acheminer les signaux de polarisation peut être également mise en oeuvre. Le dispositif défini plus haut peut faire partie d'un dispositif matriciel comprenant : au moins une rangée de NEMS, un premier ensemble de zones conductrices reproduisant l'agencement d'au moins plusieurs des dites pistes conductrices dudit dispositif tel que défini plus haut, - un deuxième ensemble de zones conductrices ayant un agencement identique à celui dudit premier ensemble de pistes conductrices, le premier ensemble de zones conductrices et le deuxième ensemble de zones conductrices étant disposés de chaque côté de ladite rangée de NEMS de manière à encadrer cette dernière.
Le premier ensemble de zones conductrices, ledit deuxième ensemble de pistes conductrice et lesdits NEMS de ladite rangée peuvent être disposés selon un pas régulier. Un tel agencement permet également de limiter les phénomènes de couplage induits par deux NEMS adjacents.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : - les figures 1A, 1B, illustrent un dispositif NEMS à excitation électrostatique et à détection piézo-résistive ; - la figure 2 illustre le problème de capacités parasites au niveau du réseau de connexions d'un dispositif NEMS; - la figure 3 donne des courbes de réponse en fréquence d'un dispositif NEMS mis en oeuvre suivant l'art antérieur et illustrent l'influence des capacités parasites sur ce dispositif ; - les figures 4 et 5 illustrent un premier exemple d'agencement des pistes conductrices au niveau d'un dispositif NEMS suivant l'invention ; - la figure 6 donne des courbes de réponse en fréquence d'un dispositif NEMS mis en oeuvre suivant un exemple de réalisation de l'invention et illustre la réduction de l'influence des capacités parasites sur ce dispositif ; - les figures 7 et 8 illustrent un deuxième exemple d'agencement des pistes conductrices au niveau d'un dispositif NEMS suivant l'invention ; - la figure 9 illustre un agencement matriciel dans lequel une rangée de NEMS est encadrée par des pistes conductrices fictives sur lesquelles les signaux de polarisation et d'excitation sont appliqués, - la figure 10 illustre un autre exemple d'agencement de pistes d'un dispositif NEMS suivant l'invention ; Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre. Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Un exemple de dispositif microélectronique mis en oeuvre suivant l'invention, et doté d'au moins un NEMS va être décrit en liaison avec les figures 4 et 5. Ce dispositif comprend un élément mobile 110 formé dans la fine couche semi-conductrice d'un substrat de type semi-conducteur sur isolant, par exemple de type SOI et formé d'une couche de support conductrice ou semi-conductrice qui peut être à base de silicium, d'une couche isolante qui peut être par exemple à base d'oxyde de silicium Si02 et de la fine couche semi-conductrice reposant sur la couche isolante, cette fine couche semi-conductrice pouvant être, par exemple, à base de silicium Si.
L'élément mobile 110 peut être sous forme d'une poutre ou d'un barreau comportant une extrémité libre destinée à se déplacer, par exemple en vibrant ou en oscillant. L'élément mobile 110 peut avoir une dimension critique de l'ordre de plusieurs nanomètres et comprise par exemple entre 50 nanomètres et 200 nanomètres. Par dimension critique d'un élément ou d'une zone on entend tout au long de la présente demande la plus petite dimension de cet élément ou de cette zone hormis son épaisseur (la dimension critique de l'élément mobile 110 étant une dimension - mesurée dans un plan [0;i; j ] du repère orthogonal [0;i ; j ;k ] donné sur la figure 4).
L'élément mobile 110 est destiné à être mis en mouvement par des moyens d'actionnement, qui peuvent être électrostatiques. Ces moyens d'actionnement peuvent comprendre notamment un premier plot 121 et un deuxième plot 122 disposés de chaque côté de l'élément mobile 110 et à proximité de cet élément. Les plots 121, 122 peuvent être partiellement réalisés dans la fine couche semi-conductrice du substrat SOI et éventuellement recouverts d'une couche métallique. Par situé « à proximité », on entend que ces plots sont situés à une distance d'au plus 500 nanomètres et par exemple inférieure à 50 nanomètres de l'élément mobile 110. Le premier plot 121 est connecté à une première piste conductrice 221 sur laquelle un premier signal d'excitation de l'élément 110 est appliqué ou destiné à être appliqué. Cette première piste conductrice 221 comprend une première portion 222 de dimension critique donnée lb par exemple comprise entre 2 um et 50 um, et une deuxième portion 223 de dimension critique donnée 12, telle que 12 < Il et par exemple comprise entre 0.2 um et 5 um.
La première portion 222 peut être prévue avec une longueur totale (mesurée dans le plan [0; ; j] du repère orthogonal [0;i ; j ; k ] donné sur la figure 4) comprise par exemple entre 50 um et 5 mm et supérieure à celles de la deuxième portion 223 dont la longueur totale peut être comprise par exemple entre 10 um et 200 um. Ainsi, la première portion 222 occupe une surface plus importante que celle occupée par la deuxième portion 223.
Le dispositif comprend également une deuxième piste conductrice 224 par laquelle un deuxième signal d'excitation de l'élément 110 est destiné à être appliqué. Le premier signal d'excitation et le deuxième signal d'excitation sont des signaux haute fréquence ou ayant une fréquence supérieure à 10 kHz ou à 100 kHz.
Cette deuxième piste conductrice 224 comprend une première portion 225 de dimension critique donnée et une deuxième portion 226 de dimension critique inférieure à celle de la première portion. La première portion 225 est également plus longue que la deuxième portion 226, de sorte que la première portion 225 de la deuxième piste conductrice 224 occupe une surface plus importante que celle occupée par la deuxième portion 226 de cette deuxième piste conductrice 224. La deuxième piste conductrice 224 comporte une extrémité libre et n'est quant à elle pas connectée au deuxième plot 122 d'actionnement situé à proximité de l'élément 110. Ainsi, le deuxième signal d'excitation de l'élément 110 se propage le long de la deuxième piste conductrice 224 sans parvenir au deuxième plot 122.
La première portion 222 de la première piste conductrice 221 est symétrique de la première portion 225 de la deuxième piste conductrice 224 par rapport à un axe X'X donné sur la figure 4 confondu avec l'axe central d'une piste conductrice 240 connectée à un dispositif de détection ou à des moyens de détection. Ainsi les portions 222 et 225 des pistes conductrices occupant le plus de surface sur le substrat sont symétriques par rapport à l'axe X'X donné. La deuxième portion 223 de la première piste conductrice 221 comporte une région symétrique de la deuxième portion 226 de la deuxième piste conductrice 224 par rapport à l'axe X'X. La piste 221 est ainsi symétrique de la piste conductrice 224 par rapport à l'axe X'X à l'exception de l'extrémité de sa portion 223, la piste 224 ayant une extrémité libre et ne s'étendant pas jusqu'au plot 122. Les plots 122 et 121 sont également symétriques par rapport à l'axe X'X. La deuxième portion 226 de la deuxième piste conductrice 224 peut être séparée du deuxième plot 122 d'une distance A comprise entre 12 et 10*12. Le dispositif comporte également des moyens de détection pour traduire les mouvements de l'élément mobile 110 en signal électrique.
Ces moyens de détection peuvent être formés par exemple de jauges piézo-résistives et d'un plot 140, le plot étant connecté à la piste 240 par laquelle un signal de détection est récupéré puis transmis jusqu'à une borne. Le dispositif comprend également des moyens de polarisation des moyens de détection et en particulier des jauges piézo-résistives. Ces moyens de polarisation comprennent des plots 131, 132, sur lesquels un signal de polarisation est appliqué, généralement sous forme de tension continue. Le premier plot 131 des moyens de polarisation est connecté à une piste conductrice 231, tandis que le deuxième plot 132 des moyens de polarisation est connecté à une piste conductrice 234, les pistes 231 et 234 étant symétriques entre elles par rapport à l'axe X'X. Ainsi, en plus de la symétrie existant entre la piste conductrice 224 et une zone de la piste conductrice 221, une symétrie entre les pistes conductrices 231 et 234 par rapport à l'axe X'X peut être également mis en oeuvre afin de limiter l'influence de capacités parasites générées par ces dernières. Pour cet exemple de dispositif NEMS, on peut mettre en oeuvre un premier mode d'excitation dans lequel on applique sur le premier plot 121 un signal qui peut être sinusoïdal et de fréquence égale à la fréquence de résonance Fr du NEMS, tandis que l'on applique sur la deuxième piste conductrice 224 le deuxième signal de préférence de même amplitude et de même fréquence que le premier signal et déphasé de n par rapport au premier signal. Il est également possible de mettre en oeuvre un second mode d'excitation dans lequel on applique sur le premier plot 121 un signal qui peut être sinusoïdal et de fréquence égale à la moitié de la fréquence de résonance Fr du NEMS, tandis que l'on applique sur la deuxième piste conductrice 224 le deuxième signal de préférence de même amplitude et de même fréquence (Fr/2) que le premier signal et déphasé de n par rapport au premier signal. De par la symétrie existant entre la piste conductrice 224 et une zone de la piste conductrice 221, par rapport à l'axe formé par ou confondu avec l'axe central de la piste conductrice 240, et la symétrie des signaux appliqués sur ces deux pistes conductrices 221, 224, on peut éliminer l'effet de capacités parasites engendrés par ces pistes 221, 223 conductrices et la couche isolante du substrat sur la piste conductrice 240 et par suite sur le signal de détection transitant sur la piste conductrice 240.
Sur la figure 5, est illustré le réseau de connexion au NEMs décrit en relation avec la figure 4. Ce réseau de connexion, également appelé « réseau d'accès », est connecté aux plots d'actionnement, aux plots de polarisation et à une jauge de détection du NEMS. Les pistes conductrices 221, 231, 224, 234 du réseau d'accès ont un agencement semblable à celui décrit précédemment, la deuxième piste conductrice 224 étant symétrique d'une zone de la première piste conductrice 221 par rapport à un axe X'X passant par une piste 240 rectiligne connectée à la jauge de détection, les pistes conductrices 231, 234 étant également symétriques par rapport à l'axe X'X. Les pistes conductrices 221, 224, se terminent par des bornes 228, 229 du réseau d'accès par lesquelles des signaux d'excitation peuvent être délivrés par un dispositif extérieur, tandis que les pistes 231, 234 se terminent par des bornes 238, 239 du réseau d'accès par lesquelles les signaux de polarisation sont appliqués. Sur la figure 6, une première courbe C10 illustre une réponse en fréquence d'un dispositif tel que décrit précédemment en liaison avec la figure 4, pour un signal d'excitation supérieur à 100 kHz appliqué directement à des bornes d'excitation sans passer par un réseau d'accès. Une deuxième courbe C20 illustre quant à elle la réponse en fréquence du dispositif pour un même signal d'excitation, cette fois appliqué par le biais d'un réseau de pistes conductrices du type de celui décrit précédemment en liaison avec les figures 4 et 5. Du fait de la symétrie du réseau d'accès, la réponse en fréquence du dispositif diffère peu selon que les signaux d'excitation traversent ou non préalablement le réseau d'accès.
Ainsi, l'influence des capacités parasites du réseau d'accès a un effet négligeable sur la réponse en fréquence du NEMS lorsque le réseau d'accès a un agencement tel que décrit précédemment. Sur les dispositifs des figures 7 et 8 (la figure 8 illustrant le réseau de connexion du dispositif de la figure 7), des variantes d'agencement d'un dispositif suivant l'invention, sont données. Ces variantes permettent d'obtenir un gain ainsi qu'un rapport signal à bruit plus élevés. Pour ces variantes, des pistes conductrices supplémentaires 251, 254 sont prévues de part et d'autres des plots 121, 122 situés à proximité de l'élément mobile 110. Les moyens d'actionnement comprennent une piste conductrice 254 supplémentaire sur laquelle un signal d'excitation de l'élément 110 est appliqué ou destiné à être appliqué. Cette piste conductrice 254 supplémentaire est connectée au deuxième plot 122 et est formée d'une première portion 255, et d'une deuxième portion 256 reliée au deuxième plot 122, la deuxième portion 256 occupant une surface inférieure à celle de la première portion 255. Le dispositif comprend également une autre piste conductrice 251 supplémentaire par laquelle un signal d'excitation de l'élément 110 est également appliqué ou destiné à être appliqué. Cette autre piste conductrice 251 comprend une première portion 252 et une deuxième portion 253 occupant une surface sur le substrat plus faible que celle de la première portion 252. La piste conductrice 251 supplémentaire comporte une extrémité libre qui n'est pas connectée au premier plot 121, de façon similaire à la piste 224, et ne participe pas à l'actionnement de l'élément mobile 110.
La piste conductrice 254 et la piste conductrice 251 sont symétriques par rapport à l'axe X'X, passant entre les plots 121, 122, à l'exception de l'extrémité de la portion 256 qui n'a pas de symétrique dans la mesure où la portion 253 ne s'étend pas jusqu'au plot 121. Pour ces variantes d'agencement, plusieurs modes de fonctionnement peuvent être mis en oeuvre.
On peut prévoir un premier mode de fonctionnement dans lequel on applique sur le premier plot 121 à l'aide d'un premier signal de fréquence de résonance Fr du NEMS acheminé par la première piste conductrice 221 tandis que l'on applique un deuxième signal de fréquence Fr sur la deuxième piste conductrice 224 à la fréquence de résonance Fr du NEMS et selon un déphasage de n par rapport au premier signal. Pour ce premier mode de fonctionnement, on peut appliquer également un signal identique au premier signal de fréquence Fr sur la piste conductrice 251 supplémentaire laissée flottante tandis que l'on applique un signal identique au deuxième signal de fréquence Fr déphasé de n par rapport au premier signal sur la piste conductrice 254 supplémentaire connectée au deuxième plot 122. On peut également prévoir un deuxième mode, dans lequel les signaux appliqués sur les pistes conductrices 221, 224, 251, 254 ont une fréquence de l'ordre de Fr/2. Dans ce deuxième mode, on applique un premier signal d'excitation sur le premier plot 121 à une fréquence de l'ordre de Fr/2 et une phase par exemple de 0 et l'on applique un deuxième signal de fréquence Fr/2 sur la deuxième piste conductrice 224 et selon un déphasage de n par rapport au premier signal. Selon ce deuxième mode, on applique également un signal d'excitation sur la piste conductrice 251 à une fréquence de l'ordre de Fr/2 et une phase de n/2 ou de 3n/2, et un signal d'excitation sur la piste conductrice 254 à une fréquence de l'ordre de Fr/2 et une phase de 3n/2 ou de n/2, les signaux d'excitation appliqués sur les pistes 251 et 254 étant déphasés de n. Un dispositif NEMS mis en oeuvre suivant l'invention peut éventuellement avoir un agencement matriciel.
Sur le dispositif de la figure 9, une rangée de plusieurs NEMS N1, N2, N3, N4 du type par exemple de celui décrit en liaison avec les figures 4 et 5, sont alignés et connectés chacun à des lignes conductrices 310, 312, 314, 316, 318, dont une ligne conductrice 310 permettant d'acheminer le premier signal à une première piste conductrice 221 des moyens d'actionnement d'un NEMS, une ligne conductrice 318 permettant d'acheminer le deuxième signal à la deuxième piste conductrice 224, cette deuxième piste étant symétrique de la première piste conductrice 221 par rapport à la piste conductrice 240 connectée au moyens de détection du NEMS et laissée libre sans être connectée aux moyens d'actionnement. Les NEMS N1, N2, N3, N4 sont disposés selon un pas donné régulier dans ladite rangée.
Une ligne conductrice 314 partagée par les NEMS N1, N2, N3, N4 peut être prévue pour recueillir des signaux de détection issus de leurs pistes conductrices 240 de détection respectives, tandis que des lignes conductrices 312, 316 communes aux NEMS N1, N2, N3, N4 sont prévues pour appliquer des signaux de polarisation sur les pistes conductrices 231 et 234 de polarisation respectives des NEMS.
Les lignes 310 et 318 acheminant les signaux d'excitation sont quant à elles prévues symétriques par rapport à la ligne 314 acheminant des signaux de détection issus des NEMS N1, N2, N3, N4. Dans ce dispositif, un premier ensemble 301 de pistes conductrices supplémentaires laissées libres et un deuxième ensemble 302 de pistes conductrices supplémentaires laissées libres sont disposées respectivement de chaque côté de la rangée de NEMS N1, N2, N3, N4. Au début de la rangée de NEMS N1, N2, N3, N4, un premier ensemble de piste conductrices 421, 424, 432, 440, 434, reproduisant l'agencement et la forme respectivement des pistes conductrices 221, 224, 232, 240, 234, est prévu, tandis qu'a la fin de la rangée de NEMS N1, N2, N3, N4, un deuxième ensemble 302 de pistes conductrices 421, 424, 432, 440, 434, reproduisant l'agencement et la forme respectivement des pistes conductrices 221, 224, 232, 240, 234, est également prévu. Le premier ensemble 301 et le deuxième ensemble 302 de pistes conductrices forment des réseaux de connexion factices ou fictifs et sont également connectés aux lignes conductrices 310, 312, 314, 316, 318, et en particulier aux lignes conductrices 310 et 318 prévues pour acheminer les signaux d'excitation. Les lignes conductrices 310, 312, 314, 316, 318 peuvent éventuellement être réalisées dans un deuxième niveau métallique, au dessus de celui dans lequel les pistes conductrices 221, 224, 232, 240, 234, 421, 424, 432, 440, 434 sont formées.
Un ensemble donné de pistes d'un premier NEMS N1 est par exemple encadré par le premier ensemble 301 de pistes factices et par un autre ensemble de pistes conductrices d'un deuxième NEMS N2, le premier ensemble 301 de pistes factices, étant symétrique de l'autre ensemble de pistes conductrices du deuxième NEMS N2 par rapport à la pise de détection 240 du premier NEMS N1. Chaque ensemble donné de pistes d'un NEMS donné est ainsi encadré par deux ensembles de pistes symétriques par rapport à cet ensemble donné, afin de compenser les effets des capacités parasites vus par ce NEMS donné. Le premier ensemble 301 et le deuxième ensemble 302 de pistes conductrices ainsi que les NEMS N1, N2, N3, N4, sont régulièrement répartis en une rangée selon ledit pas donné. Cela permet de limiter l'influence des capacités parasites créés par deux NEMS adjacents. Une variante de l'agencement matriciel de la figure 9 peut être prévue avec une pluralité de NEMS tels qu'illustrés sur la figure 7. Un autre exemple de dispositif suivant l'invention va à présent être donné en liaison avec la figure 10. Ce dispositif diffère de celui décrit précédemment de par l'agencement de ses moyens d'actionnement. Les moyens d'actionnement comprennent le premier plot 121 et le deuxième plot 122 disposés de chaque côté de l'élément mobile 110 ainsi que la première piste conductrice 221 par laquelle le premier signal d'excitation de l'élément 110 est destiné à être appliqué. Le dispositif comprend également une deuxième piste conductrice 424. Cette deuxième piste conductrice 424 comprend une première portion 425 et une deuxième portion 426 de dimension critique inférieure à celle de la première portion 425. La première portion 425 est située à une distance 2D de la piste conductrice 240 connectée aux moyens de détection, deux fois supérieure à la distance D entre la première portion 222 de la première piste conductrice 221 et cette même piste conductrice 240.
Le premier signal et le deuxième signal d'excitation présentent des amplitudes respectives et un déphasage respectif prévus de sorte que les variations respectives induites par les pistes 221, 424 sur le signal transitant sur la zone conductrice de détection sont opposées et se compensent.
Dans l'exemple illustré en figure 10, les éléments parasites principaux entre les pistes 221, 424 et la zone de détection 240 sont de nature capacitive (une capacité C entre les pistes 221 et 240, et une capacité C/2 entre les pistes 424 et 240). On peut ainsi compenser les variations induites par les pistes 221,224 sur la piste 240 en appliquant un premier signal d'excitation V1 d'amplitude A sur la première piste conductrice 221, et un deuxième signal d'excitation V2 d'amplitude 2A, 2 fois supérieure à l'amplitude du premier signal, sur la deuxième piste 424. Dans un cas où l'on souhaite modifier l'agencement des pistes conductrices 221 et 424 sur lesquelles les signaux d'excitation sont appliqués, pour diminuer voire annuler les effets des éléments parasites sur le signal de détection transitant par la piste conductrice 240, on adapte les amplitudes et déphasages respectifs des signaux d'excitation appliqués sur ces pistes conductrices. Les éléments parasites pouvant être de diverses natures( capacitifs, résistifs...) on pourra, dans une phase de réglage préalable à l'utilisation du dispositif, réaliser des tests avec différents signaux d'excitation présentant des amplitudes et déphasages respectifs variés. Ces tests peuvent être réalisés sur le dispositif après fabrication de celui-ci ou préalablement à sa fabrication, en utilisant par exemple des outils de simulation logiciel. Dans les exemples de réalisation qui ont été décrits précédemment, le dispositif suivant l'invention n'est pas limité à une détection piézo-résitive mais peut s'appliquer également à des moyens de détection capacitifs.
Le dispositif suivant l'invention trouve notamment des applications dans le domaine de la détection de gaz, de mesures de variation de masse.
Claims (16)
- REVENDICATIONS1. Dispositif doté d'un système électromécanique formé sur un substrat et isolé du substrat par une couche isolante et comprenant un élément mobile (110) actionné par des moyens d'actionnement comprenant un premier plot d'excitation (121) disposé à proximité dudit élément mobile (110), le premier plot d'excitation étant connecté à une première piste conductrice (221) à laquelle un premier signal d'excitation est appliqué ou destiné à être appliqué, et comprenant une zone conductrice (240) de détection connectée à des moyens de détection destinés à traduire le mouvement dudit élément mobile en signal électrique, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une deuxième piste conductrice (224) comportant une première extrémité par laquelle le deuxième signal est appliqué ou destiné à être appliqué, et une deuxième extrémité, libre, les première et deuxième pistes conductrices étant situées de part et d'autre de ladite zone conductrice (240) de détection, la zone conductrice de détection étant respectivement reliée électriquement aux première et deuxième pistes conductrices par des premier et deuxième réseaux de couplage parasites à travers le substrat et la couche isolante, lesdits premier et deuxième signaux d'excitation présentant des amplitudes respectives et un déphasage respectif prédéterminés de sorte que les variations respectives induites par ces premier et deuxième signaux d'excitation, à travers les réseaux de couplage, sur le signal transitant sur la zone conductrice de détection (240, 340) sont opposées et se compensent.
- 2. Dispositif selon la revendication 1, le dispositif comportant en outre au moins un deuxième plot (122) disposé à proximité dudit élément mobile (110), la deuxième piste conductrice (224, 421) et le deuxième plot n'étant pas connectés.
- 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, la deuxième piste conductrice comprenant au moins une zone symétrique de la première piste conductrice par rapport à ladite zone conductrice de détection présentant un axe donné parallèle au substrat.
- 4. Dispositif selon la revendication 3, la première piste conductrice (221) comprenant une première portion conductrice (222) et une deuxième portion conductrice (223), la première portion conductrice (222) occupant sur le substrat une surface supérieure à celle de la deuxième portion conductrice (223), la deuxième piste conductrice (224) comprenant une première portion conductrice (225) et une deuxième portion conductrice (226), la première portion conductrice (225) occupant sur le substrat une surface supérieure à celle de la deuxième portion conductrice (226), la première portion (222) de la première piste (221) étant symétrique de la première portion (225) de la deuxième piste conductrice (224) par rapport audit axe donné.
- 5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, le premier signal et le deuxième signal étant en opposition de phase.
- 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel un deuxième plot (122) est disposé à proximité dudit élément mobile (110), la deuxième piste conductrice (224, 421) et le deuxième plot n'étant pas connectés, le dispositif comprenant une troisième piste conductrice (251) à laquelle un signal d'excitation est appliqué ou destiné à être appliqué, et une quatrième piste conductrice (254) à laquelle un quatrième signal d'excitation est appliqué ou destiné à être appliqué, ladite quatrième piste conductrice étant connectée audit deuxième plot (122), ladite troisième piste conductrice (251) comportant une extrémité libre.
- 7. Dispositif selon la revendication 6 dans sa dépendance de la revendication 3, dans lequel au moins une zone de la quatrième piste conductrice (254) est symétrique de la troisième piste conductrice (251) par rapport audit axe donné (X'X).
- 8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, le troisième signal et le quatrième signal étant en opposition de phase.
- 9. Dispositif selon la revendication 6, 7 ou 8, le premier signal et le troisième signal étant en phase, le deuxième signal et le quatrième signal étant en phase.
- 10. Dispositif selon la revendication 8, le premier signal et le troisième signal étant en quadrature de phase, le deuxième signal et le quatrième signal étant en quadrature de phase.
- 11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, comprenant en outre des moyens de polarisation, lesdits moyens de polarisation étant dotés d'au moins une piste conductrice (231) à laquelle un signal de polarisation est appliqué ou destiné à être appliqué et au moins une autre piste conductrice (234) à laquelle un signal de polarisation est appliqué ou destiné à être appliqué
- 12. Dispositif selon la revendication 11, dans lequel, lesdites pistes conductrices des moyens de polarisation sont symétriques par rapport audit axe donné (X'X).
- 13. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, comprenant en outre des moyens pour appliquer lesdits signaux d'excitation auxdites pistes conductrices.
- 14. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 13, dans lequel les signaux d'excitation ont une fréquence supérieure à 100 kHz.
- 15. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 14, dans lequel le système électromécanique est un nano-système électromécanique (NEMS).
- 16. Dispositif matriciel comprenant : - une pluralité de dispositifs dotés de systèmes électromécaniques selon l'une des revendications 1 à 15 et accolés les uns aux autres,- un premier et un second ensemble de pistes conductrices reproduisant chacun l'agencement d'au moins plusieurs desdites pistes conductrices d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 13, le premier ensemble de pistes, le deuxième ensemble de pistes et lesdits dispositifs électromécaniques étant disposés en une rangée et selon un pas donné régulier, les premier et deuxième ensembles étant placés d'un côté et de l'autre de ladite pluralité de dispositifs.
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