Amélioration de la stabilité des horloges et capteurs à base de NEMS pour l'instrumentation – CASSINI

L’utilisation des technologies NEMS comme capteurs ou horloges dans les systèmes embarqués est aujourd'hui limitée par la stabilité à long terme de ces cellules du fait de leur sensibilité à différentes sources de bruits et de fluctuations. D’une part, des efforts sont aujourd'hui déployés, à l’échelle du résonateur pour améliorer les designs de structures afin de limiter leurs dérives. D'autre part, des travaux récents sur les oscillateurs indiquent que, pour un résonateur donné, il serait possible de tirer parti des non-linéarités intrinsèques de la cellule NEMS pour identifier des points de fonctionnement insensibles à certaines dérives.
Le but de ce projet est d’étudier ce phénomène afin d’identifier des cas favorables à l’amélioration des oscillateurs utilisés dans les horloges et les capteurs résonnants. Après une étude théorique approfondissant la spécificité de certaines structures MEMS et NEMS, on cherchera à identifier des points de fonctionnement optimaux puis à vérifier expérimentalement ces simulations. L’établissement de cartes de sensibilité aux fluctuations et aux bruits de différentes origines devra ensuite poser le socle d’une démarche globale de co-design mêlant conception de la cellule résonnante et optimisation de l'ensemble du système électronique. Cette méthode sera appliquée à la conception et à la fabrication d'un système NEMS dont la structure interne sera optimisée en même temps que les conditions d'opération de la cellule dans un oscillateur électronique. Cette démarche globale a pour but, au-delà de la preuve d'existence de ces points de fonctionnement optimaux, d'alléger les contraintes pesant sur chacune des deux phases de conception prises séparément. Dans une perspective plus fondamentale, elle permettra d’identifier les sources principales de bruit limitant les performances de ces oscillateurs voire d’identifier de nouvelles sources de bruit à l’échelle micro- ou nanométrique.