WO2014064273A1 - Reseau de connexion pour nems a agencement ameliore - Google Patents

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WO2014064273A1
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conductive track
tracks
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Gérard Billiot
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Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives
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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/02244—Details of microelectro-mechanical resonators
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/02244—Details of microelectro-mechanical resonators
    • H03H9/02433—Means for compensation or elimination of undesired effects
    • H03H2009/02456—Parasitic elements or effects, e.g. parasitic capacitive coupling between input and output

Definitions

  • the present application relates to the field of electromechanical systems and in particular that of NEMS (NEMS for "Nano Electromechanical System” or nano-electromechanical systems) equipped with at least one mobile element of nanometric size.
  • NEMS NEMS for "Nano Electromechanical System” or nano-electromechanical systems
  • It provides a device for limiting or even eliminating the influence of the parasitic capacitance phenomenon on the detection performed by the N EMS, when the mobile element (s) of the NEMS operate at a high frequency, ie beyond 100 kHz and in particular above 1 M Hz.
  • a movable member 15 which may be in the form of a beam or a bar for vibrating or oscillating ( Figures 1A and 1B).
  • This mobile element 15 is generally formed on a semiconductor-on-insulator substrate, in particular an SOI (Silicon on Isolation) (SOI) substrate comprising a semiconductor support layer which may be example based on silicon, an insulating layer 11 called "buried oxide” which can be for example based on Si0 2 and a thin semiconductor layer 12 which can also be based on Si ( Figure 2).
  • SOI Silicon on Isolation
  • the movable element 15 is set in motion by means of electrostatic actuation means comprising a connection network on which an excitation signal is applied, the connection network terminating in one or more pads 21, 22 arranged in the vicinity of the movable element 15.
  • the excitation signal is generally a high frequency signal or having a frequency greater than 10 kHz.
  • Detection means comprising piezoresistive gauges 26, 27 and a stud 28 make it possible to detect the electrical signal generated by the movements of the mobile element 15.
  • the device also comprises polarization means piezoresistive gages and provided with pads 24, 25, on which a polarization signal, generally in the form of DC voltage, is applied.
  • the pads 21, 22, 24, 25, 28 can be made on the substrate in a single metal level.
  • This metallic level can also be used to form an access network (not shown in FIGS. 1A-1B and 2) between the pads 21, 22, 24, 25, 28 of the NEMS device and external connection pads.
  • the access network and the pads may generate parasitic capacitances Cpi, Cp 2 , Cp 3 , Cp 4 , Cp 5 , Cp 6 ( Figure 2).
  • These parasitic capacitances Cpi, Cp 2 , Cp 3 , Cp 4 , Cp 5 , Cp 6 can reach values, for example of the order of 1 to 10 pF.
  • a first curve Ci illustrates a frequency response of an NEMS device as described above, for an excitation signal between 10 kHz and 100 MHz applied directly to the excitation pad 21 and without going through a access network.
  • the frequency response has a resonance peak around 20 MHz.
  • a second curve C 2 illustrates the frequency response of the device for the same excitation signal this time applied through an access network. Because of the parasitic capacitances induced by the access network, no resonance peak appears on this second curve C 2 , the useful signal then being invisible.
  • US 7,615,845 provides a method for reducing the parasitic capacitance induced in a MEMS device. This method requires the realization of an amplifier and the implementation of a production method in which several implantations make it possible to form junctions.
  • the present invention relates to a device connected to an electromechanical system comprising a movable element, the device comprising at least a first electrical excitation circuit formed of one or more conductive tracks through which or through which at least a first excitation signal passes.
  • said movable element of the electromechanical system and at least one second electric excitation circuit formed of one or more conductive tracks through which or through which at least a second excitation signal of said movable element of the electromechanical system in opposition to said first signal, the first excitation signal, the arrangement and the shape of the conductive paths traversed by this first signal, the second excitation signal, as well as the arrangement and the shape of the conductive paths traversed by this second signal, being provided.
  • the present invention also relates to a device provided with an electromechanical system formed on a substrate and isolated from the substrate by an insulating layer and comprising a movable element actuated by actuating means comprising a first excitation pad disposed close to said movable element.
  • the first excitation pad being connected to a first conductive track to which a first excitation signal is applied or intended to be applied, and comprising a detection conductive area connected to detection means for translating the movement of said element movable electrical signal, the device further comprising a second conductive track having a first end by which the second signal is applied or intended to be applied, and a second end, free, the first and second conductive tracks being located on both sides and other of said conductive area of det ection, the conductive area of detection being respectively electrically connected to the first and second conductive tracks by parasitic first and second coupling networks through the substrate and the insulating layer, said first and second excitation signals having respective amplitudes and a respective predetermined phase shift so that respective variations induced by the coupling networks on the signal transiting on the conductive detection zone are opposite and compensate each other.
  • the second conductive track may comprise at least one symmetrical zone of the first conductive track with respect to a given axis parallel to the substrate. This given axis of symmetry passes through, and is parallel to, a conductive detection zone connected to detection means for converting movements of the movable element into an electrical signal.
  • the first signal and the second signal may be symmetrical signals.
  • the first signal and the second signal may have the same amplitude or substantially the same amplitude, the same frequency, and in phase opposition or substantially in phase opposition.
  • a symmetrical arrangement or topology of the conductive tracks of the NEMS connection network carrying the excitation signals makes it possible to operate this electromechanical system in different excitation modes while limiting the influence of the parasitic capacitances on the detection.
  • the second conductive track acts as a dummy track by which the second excitation signal flows without being caused to actuate the movable element or to influence the actuation of the movable element, but which, by its behavior symmetrical to that of of the first track by the signal applied to it, makes it possible to limit the parasitic capacitance phenomenon.
  • the electromechanical system may be an NEMS, with a moving element of critical size nanometric or less than 1 ⁇ .
  • the first signal and the second signal may be, for example, signals of frequency greater than 100 kHz, in particular sinusoidal signals having a frequency equal to the resonance frequency Fr of the mobile element, equal to half the resonance frequency. Fr of the moving element.
  • the first conductive track may comprise a first conductive portion and a second conductive portion, the first conductive portion having a critical dimension and a length greater than those of said second portion.
  • the second conductive track may comprise, in turn, a first conductive portion and a second conductive portion, the first conductive portion having a critical dimension and a length greater than those of said second portion.
  • the first track and the second track may be provided so that the first portion of said first track is symmetrical with said first portion of the second track.
  • the remaining portions of the first conductive track and the second conductive track may possibly not be totally or perfectly symmetrical.
  • the device may further comprise a third conductive track to which an excitation signal is applied or intended to be applied, and a fourth conductive track to which another excitation signal is applied or intended to be applied, at least one zone the fourth conductive track being symmetrical with the third conductive track with respect to said given axis, said fourth conductive track being connected to said second pad, said third conductive track having a free end.
  • At least one zone of the fourth conductive track may be symmetrical with the third conductive track with respect to said axis.
  • the fourth conductive track can be connected via a conductive area to a pad belonging to the actuating means and disposed close to said movable element, while the fourth conductive track and the first pad are not connected between them.
  • a third excitation signal and a fourth excitation signal may be applied respectively to said third conductive track and to said fourth conductive track, the third excitation signal and the fourth excitation signal being in phase opposition.
  • the first signal and the third signal may be in phase, while the second signal and the fourth signal are in phase.
  • the first signal and the third signal may be in phase quadrature, while the second signal and the fourth signal are in phase quadrature.
  • the device may further comprise means for producing said excitation signals.
  • the device may further comprise detection means for converting motions of the movable element into electrical signals.
  • the device may comprise polarization means, said polarization means comprising at least one conductive track to which a polarization signal is applied or intended to be applied, and at least one other conductive track to which a bias signal is applied or intended to be applied, said conductive tracks of the biasing means being symmetrical with respect to said axis.
  • the conductive tracks of the biasing means may be symmetrical with respect to said given axis.
  • a symmetry of the conductive tracks for conveying the polarization signals can also be implemented.
  • the device defined above can be part of a matrix device 1 comprising:
  • a first set of conductive zones reproducing the arrangement of at least several of said conductive tracks of said device as defined above
  • the first set of conductive zones and the second set of conductive zones being arranged on each side of said N EMS array so as to frame the latter.
  • the first set of conductive areas, said second set of conductive tracks, and said NEMS of said row may be arranged at a regular pitch.
  • FIGS. 1A and 1B illustrate a N EMS device with electrostatic excitation and with piezoresistive detection
  • FIG. 2 illustrates the problem of parasitic capacitances at the level of the connection network of an N EMS device
  • FIG. 3 gives frequency response curves of an NEMS device implemented according to the prior art and illustrates the influence of parasitic capacitances on this device;
  • FIGS. 4 and 5 illustrate a first example of arrangement of the conductive tracks at the level of an NEMS device according to the invention
  • FIG. 6 gives frequency response curves of an NEMS device implemented according to an exemplary embodiment of the invention and illustrates the reduction of the influence of parasitic capacitances on this device;
  • FIGS. 7 and 8 illustrate a second example of arrangement of the conductive tracks at the level of an NEMS device according to the invention
  • FIG. 9 illustrates a matrix arrangement in which a row of N EMS is framed by fictitious conductive tracks on which the polarization and excitation signals are applied
  • FIG. 10 illustrates another example of arrangement of tracks of an N EMS device according to the invention.
  • FIGS. 4 and 5 An example of a microelectronic device implemented according to the invention, and provided with at least one N EMS will be described in connection with FIGS. 4 and 5.
  • This device comprises a mobile element 110 formed in the thin semiconductor layer of a semiconductor-on-insulator type substrate, for example of the SOI type, and formed of a conductive or semiconductive support layer which can be based on silicon, an insulating layer which may for example be based on silicon oxide Si0 2 and the thin semiconductor layer resting on the insulating layer, this thin semiconductor layer being able for example to be based on silicon Si.
  • the movable member 110 may be in the form of a beam or a bar having a free end intended to move, for example by vibrating or oscillating.
  • the mobile element 110 may have a critical dimension of the order of several nanometers and for example between 50 nanometers and 200 nanometers.
  • critical dimension of an element or zone is meant throughout the present application the smallest dimension of this element or this zone except its thickness (the critical dimension of the movable element 110 being a dimension measured in a plane [O; i; j] of the orthogonal coordinate system [O; i; j; k] given in FIG. 4).
  • the movable member 110 is intended to be moved by actuating means, which can be electrostatic.
  • These actuating means may comprise in particular a first pad 121 and a second pad 122 disposed on each side of the movable member 110 and close to this element.
  • the pads 121, 122 may be partially made in the thin semiconductor layer of the SOI substrate and optionally covered with a metal layer. By located “nearby” is meant that these pads are located at a distance of at most 500 nanometers and for example less than 50 nanometers of the movable element 110.
  • the first pad 121 is connected to a first conductive track 221 on which a first excitation signal of the element 110 is applied or intended to be applied.
  • This first conductive track 221 comprises a first portion 222 of given critical dimension li, for example between 2 ⁇ and 50 ⁇ , and a second portion 223 of critical dimension given l 2 , such that l 2 ⁇ li and for example between 0.2 ⁇ and 5 ⁇ .
  • the first portion 222 may be provided with a total length
  • the device also comprises a second conductive track 224 by which a second excitation signal of the element 110 is intended to be applied.
  • the first excitation signal and the second excitation signal are high frequency signals or have a frequency greater than 10 kHz or 100 kHz.
  • This second conductive track 224 comprises a first portion
  • the first portion 225 is also longer than the second portion 226, so that the first portion 225 of the second conductive track 224 occupies a larger area than that occupied by the second portion 226 of the second conductive track 224.
  • the second conductive track 224 has a free end and is not connected to the second actuator pad 122 located near the element 110. Thus, the second excitation signal of the element 110 propagates on the along the second conductive track 224 without reaching the second stud 122.
  • the first portion 222 of the first conductive track 221 is symmetrical with the first portion 225 of the second conductive track 224 with respect to an axis X'X given in FIG. 4, coinciding with the central axis of a conducting track 240 connected to a detection device or detection means.
  • the portions 222 and 225 of the conductive tracks occupying the most surface on the substrate are symmetrical with respect to the given axis X'X.
  • the second portion 223 of the first conductive track 221 comprises a symmetrical region of the second portion 226 of the second conductive track 224 with respect to the axis X'X.
  • the track 221 is thus symmetrical with the conductive track 224 with respect to the axis X'X with the exception of the end of its portion 223, the track 224 having a free end and not extending to the pad 122.
  • the pads 122 and 121 are also symmetrical with respect to the axis X'X.
  • the second portion 226 of the second conductive track 224 can be separated from the second pad 122 by a distance ⁇ of between 12 and 10 * 12 .
  • the device also comprises detection means for translating the movements of the mobile element 110 into an electrical signal.
  • detection means may be formed for example of piezoresistive gauges and a pad 140, the pad being connected to the track 240 by which a detection signal is recovered and transmitted to a terminal.
  • the device also comprises biasing means of the detection means and in particular piezoresistive gauges.
  • These polarization means comprise pads 131, 132, on which a polarization signal is applied, generally in the form of a DC voltage.
  • the first pad 131 of the polarization means is connected to a conductive track 231, while the second pad 132 of the polarization means is connected to a conductive track 234, the tracks 231 and 234 being symmetrical with each other with respect to the X axis. 'X.
  • a symmetry between the conductive tracks 231 and 234 with respect to the axis X'X can also be implemented in order to limit the influence of parasitic capacitances generated by them.
  • a first excitation mode in which a signal which may be sinusoidal and of frequency equal to the resonance frequency Fr of the NEMS is applied to the first pad 121, whereas the second preferably signal of the same amplitude and of the same frequency as the first signal and phase-shifted by ⁇ with respect to the first signal is applied to the second conducting track 224.
  • a signal is applied to the first pad 121 which may be sinusoidal and of frequency equal to half the resonant frequency Fr of the NEMS, while one applies on the second conductive track 224 the second preferably signal of the same amplitude and frequency (Fr / 2) as the first signal and out of phase with ⁇ relative to the first signal.
  • FIG. 5 illustrates the connection network to the NEMs described with reference to FIG. 4.
  • This connection network also called an "access network” is connected to the actuation pads, to the polarization pads and to a NEMS detection gauge.
  • the conductive tracks 221, 231, 224, 234 of the access network have an arrangement similar to that described above, the second conductive track 224 being symmetrical with an area of the first conductive track 221 with respect to an axis X'X passing by a rectilinear track 240 connected to the detection gauge, the conductive tracks 231, 234 also being symmetrical with respect to the axis X'X.
  • the conductive tracks 221, 224 terminate in terminals 228, 229 of the access network through which excitation signals can be output by an external device, while the tracks 231, 234 terminate in terminals 238, 239. of the access network through which the bias signals are applied.
  • a first curve Ci 0 illustrates a frequency response of a device as described above with reference to FIG. 4, for an excitation signal greater than 100 kHz applied directly to excitation terminals without passing by an access network.
  • a second curve C 2 o in turn illustrates the frequency response of the device for the same excitation signal, this time applied through a network of conductive tracks of the type described above in connection with FIGS. 5.
  • the frequency response of the device differs little depending on whether or not the excitation signals pass through the access network.
  • the influence of the parasitic capacitances of the access network has a negligible effect on the frequency response of the NEMS when the access network has an arrangement as described above.
  • FIGS. 7 and 8 FIGS. 7 and 8 illustrating the connection network of the device of FIG. 7
  • alternative arrangements of a device according to the invention are given. These variants make it possible to obtain a gain and a higher signal-to-noise ratio.
  • additional conductive tracks 251, 254 are provided on either side of the studs 121, 122 located near the mobile element 110.
  • the actuating means comprise an additional conductive track 254 on which an excitation signal of the element 110 is applied or intended to be applied.
  • This additional conductive track 254 is connected to the second pad 122 and is formed of a first portion 255, and a second portion 256 connected to the second pad 122, the second portion 256 occupying a surface smaller than that of the first portion 255.
  • the device also includes another additional conductive track 251 by which an excitation signal of the element 110 is also applied or intended to be applied.
  • This other conductive track 251 comprises a first portion 252 and a second portion 253 occupying a surface on the substrate smaller than that of the first portion 252.
  • the additional conductive track 251 has a free end which is not connected to the first pad 121, similarly to the track 224, and does not participate in the actuation of the mobile element 110.
  • the conductive track 254 and the conductive track 251 are symmetrical with respect to the axis X'X, passing between the studs 121, 122, with the exception of the end of the portion 256 which has no symmetry in the as the portion 253 does not extend to the stud 121.
  • a first mode of operation can be provided in which the first pad 121 is applied by means of a first resonant frequency signal Fr of the NEMS conveyed by the first conductive track 221 while a second signal is applied. frequency Fr on the second conducting track 224 at the resonance frequency Fr of the NEMS and in a phase shift of ⁇ with respect to the first signal.
  • a first excitation signal is applied to the first pad 121 at a frequency of the order of Fr / 2 and a phase of, for example, 0, and a second frequency signal Fr / 2 is applied to the second conductive track 224 and in a phase shift of ⁇ relative to the first signal.
  • an excitation signal is also applied to the conductive track 251 at a frequency of the order of Fr / 2 and a phase of ⁇ / 2 or 3 ⁇ / 2, and an excitation signal on the conductive track 254 at a frequency of the order of Fr / 2 and a phase of 3 ⁇ / 2 or ⁇ / 2, the excitation signals applied to the tracks 251 and 254 being out of phase with ⁇ .
  • An NEMS device implemented according to the invention may optionally have a matrix arrangement.
  • N 4 of the type for example of that described in connection with Figures 4 and 5, are aligned and each connected to conductive lines 310, 312, 314, 316, 318, including a conductive line 310 for conveying the first signal to a first conductive track 221 means for actuating an NEMS, a conductive line 318 for conveying the second signal to the second conductive track 224, this second track being symmetrical with the first conductive track 221 with respect to the conductive track 240 connected to the NEMS detection means and left free without being connected to the actuating means.
  • NEMS Ni, N 2 , N 3 , N 4 are arranged at a regular pitch in said row.
  • a conductive line 314 shared by the NEMS Ni, N 2 , N 3 , N 4 may be provided to collect detection signals from their respective conductive sensing tracks 240, while conductive lines 312, 316 common to the NEMS Ni, N 2 , N 3 , N 4 are provided for applying polarization signals on the respective NEMS conductor tracks 231 and 234.
  • the lines 310 and 318 carrying the excitation signals are in turn provided symmetrical with respect to the line 314 carrying detection signals from the NEMS Ni, N 2 , N 3 , N 4 .
  • a first set 301 of additional conductive tracks left free and a second set 302 of additional conductive tracks left free are respectively disposed on each side of the row of NEMS Ni, N 2 , N 3 , N 4 .
  • a first set of conductive tracks 421, 424, 432, 440, 434, reproducing the arrangement and the shape respectively of the conductive tracks 221, 224, 232 240, 234, is provided, while at the end of the NEMS row Ni, N 2 , N 3 , N 4 , a second set 302 of conductive tracks 421, 424, 432, 440, 434, reproducing the The arrangement and the shape of the conductive tracks 221, 224, 232, 240, 234, respectively, is also provided.
  • the first set 301 and the second set 302 of conductive tracks form dummy or fictitious connection networks and are also connected to the conductive lines 310, 312, 314, 316, 318, and in particular to the conductive lines 310 and 318 provided for conveying the excitation signals.
  • the conductive lines 310, 312, 314, 316, 318 may optionally be made in a second metallic level, above that in which the conductive tracks 221, 224, 232, 240, 234, 421, 424, 432, 440, 434 are formed.
  • a given set of tracks of a first NEMS Ni is for example framed by the first set 301 of dummy tracks and by another set of conducting tracks of a second NEMS N 2 , the first set 301 of dummy tracks being symmetrical to the other set of conductive tracks of the second NEMS N2 with respect to the detection pole 240 of the first NEMS Ni.
  • Each given set of tracks of a given NEMS is thus framed by two sets of tracks symmetrical with respect to this given set, in order to compensate for the effects of the parasitic capacitances seen by this given NEMS.
  • the first set 301 and the second set 302 of conductive tracks and the NEMS Ni, N 2 , N 3 , N 4 , are regularly distributed in a row according to said given pitch.
  • FIG. 9 An alternative of the matrix arrangement of Fig. 9 may be provided with a plurality of NEMS as shown in Fig. 7.
  • FIG. 1 Another example of a device according to the invention will now be given with reference to FIG. 1
  • the actuating means comprise the first stud 121 and the second stud 122 disposed on each side of the movable member 110 and the first conductive track 221 by which the first excitation signal of the element 110 is intended to be applied. .
  • the device also comprises a second conductive track 424.
  • This second conductive track 424 comprises a first portion 425 and a second portion 426 of smaller critical dimension than that of the first portion 425.
  • the first portion 425 is located at a distance 2D from the conductive track 240 connected to the detection means, twice greater than the distance D between the first portion 222 of the first conductive track 221 and the same conducting track 240.
  • the first signal and the second excitation signal have respective amplitudes and a respective phase shift provided so that the respective variations induced by the tracks 221, 424 on the signal transiting on the detection conductive area are opposite and compensate each other.
  • the main parasitic elements between the tracks 221, 424 and the detection zone 240 are of capacitive nature (a capacitance C between the tracks 221 and 240, and a capacitance C / 2 between the tracks 424 and 240). It is thus possible to compensate for the variations induced by the tracks 221, 244 on the track 240 by applying a first excitation signal Vi of amplitude A on the first conductive track 221, and a second excitation signal V 2 of amplitude 2A, 2 times greater than the amplitude of the first signal, on the second track 424.
  • the parasitic elements can be of various natures (capacitive, resistive %) it is possible, in a phase of adjustment prior to the use of the device, to perform tests with different excitation signals having respective amplitudes and phase shifts varied. These tests can be performed on the device after manufacture thereof or prior to its manufacture, for example using software simulation tools.
  • the device according to the invention is not limited to a piezo-resistive detection but can also be applied to capacitive detection means.
  • the device according to the invention finds particular applications in the field of gas detection, mass variation measurements.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)
  • Micromachines (AREA)

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 N EMS, 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 M Hz.
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 I nsulator » ou silicium sur isolant) comprenant une couche de support 10 semi- conductrice 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 œuvre, 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-1B 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, Cp2, Cp3, Cp4, Cp5, Cp6 peuvent atteindre des valeurs par exemple de l'ordre de 1 à 10 pF.
Sur la figure 3, une première courbe Ci 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 œuvre 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 œuvre, 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 μιη. 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 œuvre 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 œuvre, 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 œuvre 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 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 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.
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.
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 œuvre, 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 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 œuvre.
Le dispositif défini plus haut peut faire partie d'un dispositif matricie l 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 N EMS 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 N EMS 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 N EMS 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 N EMS ; - la figure 3 donne des courbes de réponse en fréquence d'un dispositif NEMS mis en œuvre 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 œuvre 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 N EMS 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 N EMS 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 œuvre suivant l'invention, et doté d'au moins un N EMS 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 [O; i ; j ] du repère orthogonal [O; 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 li, par exemple comprise entre 2 μιη et 50 μιη, et une deuxième portion 223 de dimension critique donnée l2, telle que l2 < li et par exemple comprise entre 0.2 μιη et 5 μιη.
La première portion 222 peut être prévue avec une longueur totale
(mesurée dans le plan [O; i ; j ] du repère orthogonal [O; i ; j ; k ] donné sur la figure 4) comprise par exemple entre 50 μιη et 5 mm et supérieure à celles de la deuxième portion 223 dont la longueur totale peut être comprise par exemple entre 10 μιη et 200 μιη. 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 Δ comprise entre l2 et 10*l2.
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 œuvre 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 Π par rapport au premier signal.
Il est également possible de mettre en œuvre 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 Π 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 Ci0 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 C2o 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 œuvre. 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 Π 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 Π 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 Π 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 Π/2 ou de 3Π/2, et un signal d'excitation sur la piste conductrice 254 à une fréquence de l'ordre de Fr/2 et une phase de 3Π/2 ou de Π/2, les signaux d'excitation appliqués sur les pistes 251 et 254 étant déphasés de Π.
Un dispositif NEMS mis en œuvre suivant l'invention peut éventuellement avoir un agencement matriciel.
Sur le dispositif de la figure 9, une rangée de plusieurs NEMS Ni, 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 Ni, N2, N3, N4 sont disposés selon un pas donné régulier dans ladite rangée.
Une ligne conductrice 314 partagée par les NEMS Ni, 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 Ni, 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 Ni, 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 Ni, N2, N3, N4.
Au début de la rangée de NEMS Ni, 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'à la fin de la rangée de NEMS Ni, 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 Ni 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 Ni.
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 Ni, 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 Vi 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

REVENDICATIONS
1. 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 un 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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