Blanc SIMI 9 - Sciences de l'information, de la matière et de l'ingénierie : Sciences de l'ingénierie, matériaux, procédés, énergie

Microphone de mesure large bande en silicium pour l'acoustique en hautes fréquences (10 kHz - 1 MHz) – SIMMIC

Microphone de mesure large bande en silicium pour l'acoustique en hautes fréquences (10 kHz - 1 MHz)

Microphone pour des expériences en aéroacoustique

Conception et calibration du microphone de haute fréquence

- Obtenir un microphone permettant de mesurer la pression acoustique à des fréquences supérieures à 100 kHz. <br />- Les performances visées : réponse en fréquence [10 kHz, 1 MHz], pression acoustique jusqu’à 4 kPa, surface de membrane inférieure à 1 mm2. <br />- Un microphone comparable actuellement indisponible sur marché. <br />- Méthode de calibration des microphones de haute fréquence. <br />

- Modèle éléments finis
- Modèle réduit
- Méthode de calibration des microphones par une onde « N »

- Le modèle complet du microphone incluant des perforations dans la membrane.
- Le procédé de fabrication du microphone a été validé.
- Le circuit électrique a été conçu et fabriqué.
- Validation de la méthode de calibration (M18 : objectif atteint, pas de difficulté majeure).
- Caractérisation des premiers prototypes de capteur.

Validation du microphone dans des conditions réelles.

Présentations sur conférences suivantes :
Symposium on Design, Test, Integration and Packaging of MEMS/MOEMS, Aix-en Provence, France.
19th IFIP/IEEE International Conference on Very Large Scale Integration, VLSI-SoC, October 3–5, 2011, Hong K

Résumé français :

Ce projet réunit quatre partenaires - experts de différents domaines : acoustique, microsystèmes, microélectronique. L’objectif de cette association originale est de développer un microphone de mesure adapté aux mesures de pression acoustique dans l’air en hautes fréquences [10 kHz, 1 MHz] et aux niveaux de pression acoustique jusqu’à 4 kPa. L’ambition est de maîtriser l’ensemble du processus de conception : modélisation, fabrication, étalonnage. Il s’agit de répondre à un besoin critique pour certaines applications en aéroacoustique et acoustique non linéaire pour lesquelles il n’y a actuellement pas de microphone de mesure adapté aux hautes fréquences (expériences à échelle réduite, acoustique non linéaire, mesure d’ondes de choc, détection et localisation de tir, acoustique hautes fréquences). Grâce aux petites dimensions des composants, l’approche MEMS permet d’obtenir la bande passante souhaitée. L’ambition est de développer un microphone performant en hautes fréquences grâce à une approche « système » : le capteur et son électronique de conditionnement seront développés en parallèle. Le microphone sera conçu et fabriqué selon un procédé MEMS basé sur un dépôt de couches de silicium monocristallin (sc-Si) sur du nitrure de silicium (SiN). Le microphone utilisera un mode de transduction piézorésistif et sera associé à un circuit d’amplification et de conditionnement spécialement conçu pour les capteurs piézorésistifs. L’utilisation de la technologie compatible CMOS pour fabriquer à la fois le capteur et l’électronique de conditionnement permettra de les associer dans un même élément, et d’optimiser les performances du dispositif. Afin d’obtenir une solution optimale en termes de fonctionnalité, précision, et fiabilité, le projet sera focalisé sur la modélisation précise du capteur et de son électronique, sur l’optimisation des dimensions et de la conception des masques, ainsi que sur le développement d’un procédé de fabrication spécifique. La partie mécanique sera modélisée en tenant compte de l’interaction fluide-structure en couplant une approche par éléments finis et une approche par éléments de frontière. Avec le modèle du circuit de conditionnement, un modèle électroacoustique complet sera déterminé afin d’obtenir des performances optimales. Une méthode originale d’étalonnage basée sur l’utilisation d’une source d’ondes de choc acoustiques sera mise au point et la sensibilité du système complet sera déterminée. Les systèmes opérationnels seront utilisés dans des expériences acoustiques afin d’évaluer leurs performances. Le consortium réunit pour ce projet est constitué de trois laboratoires académiques (TIMA, LIRMM, LMFA) et d’un partenaire privé (Microsonics). TIMA et LIRMM sont experts en microélectronique, LMFA est expert en acoustique, Microsonics est expert en modélisation fluide-structure aux petites échelles. Cette association permettra d’atteindre les objectifs du projet.

Coordinateur du projet

Monsieur Libor Rufer (INSTITUT POLYTECHNIQUE DE GRENOBLE) – Libor.Rufer@imag.fr

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

MSON MICROSONICS
LMFA ECOLE CENTRALE DE LYON
LIRMM UNIVERSITE DE MONTPELLIER II [SCIENCES TECHNIQUES DU LANGUEDOC]
TIMA INSTITUT POLYTECHNIQUE DE GRENOBLE

Aide de l'ANR 380 260 euros
Début et durée du projet scientifique : - 36 Mois

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