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Dissertations / Theses on the topic 'Sensor microsystems'
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Calavia, Boldú Raúl. "Gas sensor microsystems based on nanostructured layers via anodic oxidation." Doctoral thesis, Universitat Rovira i Virgili, 2012. http://hdl.handle.net/10803/96314.
Full textAbstract:
En aquesta tesi es detalla la metodologia per obtindre sensors de gasos basats en òxid de tungstè nanoestructurat sobre suports micromecanitzats de silici. Aquesta nanoestructuració s’ha fet mitjançant una capa d’alúmina porosa como a motlle, pel que s’ha desenvolupat una metodologia per a compatibilitzar l'anodització de l’alumini, i altres metalls com el tungstè, amb els processos estàndards del silici.
S’han desenvolupat dos tipus de capes nanoestructurades, nanotubs i nanopunts de WO3. Els nanotubs s’han obtingut depositant mitjançant polvorització catòdica reactiva la capa sensible sobre alúmina porosa recobrint les parets dels pors.
Els nanopunts s’han obtingut anoditzant una bicapa d’alumini i tungstè, on la primera anodització crea la alúmina porosa i la segona fa créixer els nanopunts d’òxid de tungstè en la base dels pors.
S’ha analitzat la composició, morfologia i funcionament com a sensors de gasos d’ambdós materials nanoestructurats i s’han comparat els resultats amb sensors basats en materials sense nanoestructuració.En esta tesis se detalla la metodologia para obtener sensores de gases basados en óxido de tungsteno nanoestructurado sobre soportes micromecanizados de silicio. Dicha nanoestructuración se ha obtenido empleando una capa de alúmina porosa como molde, por lo que se desarrolla una metodología para compatibilizar la anodización del aluminio, y otros metales como el tungsteno, con los procesos estándares del silicio. Se han desarrollado dos tipos de capas nanoestructuradas, nanotubos y nanopuntos de WO3. Los nanotubos se han obtenido depositando por pulverización catódica reactiva la capa sensible sobre alúmina porosa recubriendo las paredes de sus poros. Los nanopuntos se han obtenido anodizando una bicapa de aluminio y tungsteno, donde la primera anodización crea la alúmina porosa y la segunda hace crecer los nanopuntos de óxido de tungsteno en la base de los poros. Se ha analizado la composición, morfología y funcionamiento como sensores de gases en ambos casos y se han comparado los resultados con los de sensores sin nanoestructuración.
This thesis shows the methodology to obtain nanostructured tungsten oxide layer as sensing material on silicon micromachined gas sensor devices. A porous anodised alumina layer was used as pattern to obtain it, so a technique has been developed to make compatible the anodising of aluminium and other metals like tungsten with the standard silicon processes. Two different nanostructuring approaches were developed, nanotube and nanodot based tungsten oxide layers. The WO3 nanotube layer has been obtained by the tungsten oxide deposition using reactive sputtering on the porous alumina layer. As a result a continuous sensing layer coats the pores without clogging them. WO3 nanodot layers were obtained by the anodising of an aluminium and tungsten bilayer, where the first anodising process grows the porous alumina layer and the second one generates the tungsten oxide nanodots in the end of the pores. Compositional and morphological studies and the study of their behaviour as gas sensors where conducted for the two nanomaterials. The results have been compared with the flat tungsten oxide layers on micromachined gas sensors.
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Khaji, Zahra. "Extending Microsystems to Very High Temperatures and Chemically Harsh Environments." Doctoral thesis, Uppsala universitet, Mikrosystemteknik, 2016. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:uu:diva-302658.
Full textAbstract:
Aiming at applications in space exploration as well as for monitoring natural hazards, this thesis focuses on understanding and overcoming the challenges of extending the applicability of microsystems to temperatures above 600°C as well as chemically harsh environments. Alumina and zirconia high-temperature co-fired ceramics (HTCC) with platinum as the conductor material, have in this thesis, been used to manufacture a wide range of high-temperature tolerant miniaturized sensors and actuators, including pressure and flow sensors, valves, a combustor, and liquid monopropellant microthrusters. Interfacing for high temperatures is challenging. One solution is to transfer the signal wirelessly. Here, therefor, wireless pressure sensors have been developed and characterized up to 1000°C. It is usually unwanted that material properties change with temperature, but by using smart designs, such changes can be exploited to sense physical properties as in the gas flow sensor presented, where the temperature-dependent electrical conductivity of zirconia has been utilized. In the same manner, various properties of platinum have been exploited to make temperature sensors, heaters and catalytic beds. By in-situ electroplating metals after sintering, even more capabilities were added, since many metals that do not tolerate HTCC processing can be added for additional functionality. An electroplated copper layer that was oxidized and used as an oxygen source in an alumina combustor intended for burning organic samples prior to sample analysis in a lab on a chip system, and a silver layer used as a catalyst in order to decompose hydrogen peroxide in a microthuster for spacecraft attitude control, are both examples that have been explored here. Ceramics are both high-temperature tolerant and chemically resistant, making them suitable for both thrusters and combustors. The corresponding applications benefit from miniaturization of them in terms of decreased mass, power consumption, integration potential, and reduced sample waste. Integrating many functions using as few materials as possible, is important when it comes to microsystems for harsh environments. This thesis has shown the high potential of co-fired ceramics in manufacturing microsystems for aggressive environments. However, interfacing is yet a major challenge to overcome.
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Jeong, Seung Hee. "Soft Intelligence : Liquids Matter in Compliant Microsystems." Doctoral thesis, Uppsala universitet, Mikrosystemteknik, 2016. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:uu:diva-281281.
Full textAbstract:
Soft matter, here, liquids and polymers, have adaptability to a surrounding geometry. They intrinsically have advantageous characteristics from a mechanical perspective, such as flowing and wetting on surrounding surfaces, giving compliant, conformal and deformable behavior. From the behavior of soft matter for heterogeneous surfaces, compliant structures can be engineered as embedded liquid microstructures or patterned liquid microsystems for emerging compliant microsystems. Recently, skin electronics and soft robotics have been initiated as potential applications that can provide soft interfaces and interactions for a human-machine interface. To meet the design parameters, developing soft material engineering aimed at tuning material properties and smart processing techniques proper to them are to be highly encouraged. As promising candidates, Ga-based liquid alloys and silicone-based elastomers have been widely applied to proof-of-concept compliant structures. In this thesis, the liquid alloy was employed as a soft and stretchable electrical and thermal conductor (resistor), interconnect and filler in an elastomer structure. Printing-based liquid alloy patterning techniques have been developed with a batch-type, parallel processing scheme. As a simple solution, tape transfer masking was combined with a liquid alloy spraying technique, which provides robust processability. Silicone elastomers could be tunable for multi-functional building blocks by liquid or liquid-like soft solid inclusions. The liquid alloy and a polymer additive were introduced to the silicone elastomer by a simple mixing process. Heterogeneous material microstructures in elastomer networks successfully changed mechanical, thermal and surface properties. To realize a compliant microsystem, these ideas have in practice been useful in designing and fabricating soft and stretchable systems. Many different designs of the microsystems have been fabricated with the developed techniques and materials, and successfully evaluated under dynamic conditions. The compliant microsystems work as basic components to build up a whole system with soft materials and a processing technology for our emerging society.
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Bolaños, Quiñones Vladimir Andres. "Rolled-up Microtubular Cavities Towards Three-Dimensional Optical Confinement for Optofluidic Microsystems." Doctoral thesis, Universitätsbibliothek Chemnitz, 2015. http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa-178248.
Full textAbstract:
This work is devoted to investigate light confinement in rolled-up microtubular cavities and their optofluidic applications. The microcavities are fabricated by a roll-up mechanism based on releasing pre-strained silicon-oxide nanomembranes. By defining the shape and thickness of the nanomembranes, the geometrical tube structure is well controlled.
Micro-photoluminescence spectroscopy at room temperature is employed to study the optical modes and their dependence on the structural characteristics of the microtubes. Finite-difference-time-domain simulations are performed to elucidate the experimental results. In addition, a theoretical model (based on a wave description) is applied to describe the optical modes in the tubular microcavities, supporting quantitatively and qualitatively the experimental findings.
Precise spectral tuning of the optical modes is achieved by two post-fabrication methods. One method employs conformal coating of the tube wall with Al2O3 monolayers by atomic-layer-deposition, which permits a mode tuning over a wide spectral range (larger than one free-spectral-range). An average mode tuning to longer wavelengths of 0.11nm/ Al2O3-monolayer is obtained. The other method consists in asymmetric material deposition onto the tube surface. Besides the possibility of mode tuning, this method permits to detect small shape deformations (at the nanometer scale) of an optical microcavity.
Controlled confinement of resonant light is demonstrated by using an asymmetric cone-like microtube, which is fabricated by unevenly rolling-up circular-shaped nanomembranes. Localized three-dimensional optical modes are obtained due to an axial confinement mechanism that is defined by the variation of the tube radius and wall windings along the tube axis.
Optofluidic functions of the rolled-up microtubes are explored by immersing the tubes or filling their core with a liquid medium. Refractive index sensing of liquids is demonstrated by correlating spectral shift of the optical modes when a liquid interacts with the resonant light of the microtube. In addition, a novel sensing methodology is proposed by monitoring axial mode spacing changes. Lab-on-a-chip methods are employed to fabricate an optofluidic chip device, allowing a high degree of liquid handling. A maximum sensitivity of 880 nm/refractive-index-unit is achieved. The developed optofluidic sensors show high potential for lab-on-a-chip applications, such as real-time bio/chemical analytic systems.
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Arrijuria, Olivier. "Contribution à l'intégration de centrales inertielles : outils d'aide à la conception et à l'optimisation." Thesis, Bordeaux 1, 2008. http://www.theses.fr/2008BOR13673/document.
Full textAbstract:
Le travail présenté dans ce mémoire concerne la réalisation d’un microsystème intégrant une centrale inertielle permettant la détection de mouvements. Le microsystème étudié est composé d’un accéléromètre capacitif associé à son électronique de traitement. L’accéléromètre capacitif a conduit à l’élaboration d’un outil logiciel afin de le pré-dimensionner. Ce pré-dimensionnement a été effectué en fonction des spécifications de l’application et de la technologie de fabrication. Cet outil intègre des modèles fluidiques et électrostatiques en vue de calculer des paramètres du modèle de l’accéléromètre pour une simulation système. L’électronique de traitement de l’accéléromètre capacitif a été conçue autour d’un convertisseur ”Sigma-Delta”. L’architecture ”Sigma-Delta” a nécessité des modifications pour pouvoir être adaptée au capteur. Nous avons alors développé, sous ”Matlab-Simulink”, une bibliothèque de composants permettant d’ajuster le fonctionnement du convertisseur. Une fois l’architecture optimisée et les caractéristiques des composants connues, la conception de l’architecture ”Sigma-Delta” est ainsi réalisable sous le logiciel CADENCEThe aim of this thesis is the realisation of microsystem for movements detection. This microsystem is composed of capacitive accelerometers and of their electronics. The conception of capacitive accelerometers has induced developement of a software for the first dimensionnement of sensors. This software computes parameters of capacitive accelerometers thanks to electrostatic models, flow models, specifications of application and fabrication process. The electronics of capacitive accelerometer is a ”Sigma-Delta” convertor. The adaptation of convertor leads to developement of components libraries for ”Matlab-Simulink”. The simulation systems allows to fit parametres convertor for the application. After that,the conception of convertor under CADENCE software is then possible
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Waltisperger, Guy. "Architectures intégrées de gestion de l'énergie pour les microsystèmes autonomes." Phd thesis, Université de Grenoble, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00601784.
Full textAbstract:
Augmenter la durée de vie d'une pile, voire s'en passer est aujourd'hui devenu une obligation pour les microsystèmes. En effet, à cette échelle, le remplacement des piles et leur rejet dans l'environnement sont problématiques. La voie préconisée pour répondre à cet enjeu est d'utiliser des sources d'énergie renouvelables (solaire, thermique et mécanique). Pour cela, nous proposons de développer une plateforme de récupération d'énergie multi-sources/multi-charges (MANAGY) capable de s'adapter à son environnement pour en extraire le maximum d'énergie et répondre à des applications diverses. L'architecture est constituée de chemins directs et de chemins indirects où l'énergie provenant des sources est d'abord transférée dans une unité de stockage avant d'être réutilisée par les charges du microsystème. L'utilisation de cette nouvelle architecture permet d'optimiser le transfert d'énergie entre sources et charges et améliore le rendement du système de 33%. Avant de développer une architecture multi-sources, nous avons cherché à améliorer le rendement de la source photovoltaïque (PV) qui, au vu de l'état de l'art, a la densité de puissance la plus élevée. La recherche du rendement maximum de la source PV revient à la recherche du point de puissance maximum (MPPT). Il existe pour chaque condition d'irradiance, de température, et d'énergie extraites un couple tension-courant permettant à la source de fournir un maximum de puissance (MPP). Grâce à l'utilisation de deux chemins de puissance, nous arrivons simultanément à créer une boucle de régulation faible puissance agissant sur le rapport cyclique du système de gestion d'énergie (MPPT) et une boucle de régulation de la tension de sortie agissant sur le transfert de l'énergie. La modélisation du système nous a permis de spécifier ses performances. Pour atteindre les performances requises, des architectures innovantes ont été réalisées qui ont fait l'objet de trois brevets. De plus, des blocs ne sont activés qu'aux instants de changement d'état du système et sont conçus, quand cela a été possible, avec des transistors fonctionnant en mode faible inversion. Toutes ces optimisations permettent au système de fonctionner sur une large plage de variation de l'éclairement (de conditions intérieures supérieures à 500 lux à extérieures) avec un rendement proche de 90%.
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Arthaud, Yoann. "Conception d'un microsystème d'aide au monitoring per-opératoire dans la chirurgie de l'oreille moyenne." Phd thesis, Université de Grenoble, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00829091.
Full textAbstract:
Certains problèmes d'audition trouvent leur origine dans des anomalies de transmission de l'énergie des vibrations acoustique par la chaîne des osselets de l'oreille moyenne. Il se pratique aujourd'hui des opérations chirurgicales visant à la reconstruire. Un outil permettant d'évaluer la qualité de transmission des vibrations par de la chaîne ossiculaire pendant l'opération apporterait une aide substantielle au praticien afin dans le but d'optimiser la configuration des osselets. Les travaux présentés dans ce manuscrit traitent de la conception d'un capteur microsystème adapté à la mesure de l'amplitude de vibrations des osselets. Nous y avons particulièrement développé les travaux de modélisation de la structure mécanique du capteur. Il s'agit d'une structure communément employée pour les capteurs tactiles dont nous modélisons le comportement en régime harmonique. Dans une la deuxième partie nous présentons une étude d'optimisation du capteur en vue de son utilisation " tenu en main " par le chirurgien. Celle-ci repose notamment sur l'utilisation d'un modèle électrique équivalent de l'oreille moyenne et d'un logiciel d'optimisation multicritères. Nous présentons dans cette partie un concept de filtre mécanique des basses fréquences par l'utilisation des propriétés viscoélastiques des matériaux polymères. La dernière partie traite des travaux de réalisation des différents composants d'un capteur basé sur les matériaux polymères. Les travaux de réalisation et de test de membranes en résine SU8 y sont présentés ainsi que l'intégration de jauges en matériaux électroactifs chargés en nanoparticules. L'utilisation d'une technique de moule perdu pour réaliser la structure mécanique du capteur est discutée.
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Pauchard, Alexandre. "Silicon sensor microsystem for ultraviolet detection /." Lausanne, 2000. http://library.epfl.ch/theses/?nr=2152.
Full text
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Salette, Arnaud. "Développement de capteurs intégrés pour micropompes MEMS : applications biomédicales." Phd thesis, Université de Grenoble, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00952312.
Full textAbstract:
Les Dispositifs Médicaux d'Injection (DMI) se développent de plus en plus. De nouveaux dispositifs apportent des innovations en terme de performances et d'utilisation par rapport aux seringues classiques. Le DMI développé par Eveon est un dispositif bio-inspiré possédant des capteurs, une micropompe, un flacon et une aiguille. Il permet une injection automatique, précise au microlitre garantissant une faible perte de liquide médicamenteux grâce aux techniques de miniaturisation utilisées dans la fabrication des microsystèmes. En effet, une micropompe à membrane en silicium intégrant des capteurs a été réalisée par des procédés issus de la microélectronique. Deux types d'actionneurs ont été couplés à la membrane : un actionneur bimétallique intégré et un actionneur piezoélectrique externe. Dans le cas de l'actionneur bimétallique, des thermo-résistances ont été conçues, fabriquées et caractérisées pour permettre de mesurer le profil thermique de la membrane lors de l'actionnement avec une erreur de 5%. Dans le cas de l'actionneur piezoélectrique externe, des piezorésistances ont été intégrées selon l'axe radial de la membrane afin de contrôler le profil de contraintes dans la membrane, asservir l'actionneur en fonction de la contre-pression et maximiser les caractéristiques de la pompe. Afin d'assurer la délivrance d'une dose précise de médicament, un capteur de débit est intégré dans les canaux microfluidiques de la micropompe. Ce capteur innovant permet de détecter des débits de liquide dans la gamme spécifiée par les dispositifs médicaux d'injection, à savoir une plage de débit allant de 0.5mL/min à 4mL/min.
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Yang, Chao. "Impedance extraction microsystem for nanostructured electrochemical sensor arrays." Diss., Connect to online resource - MSU authorized users, 2008.
Find full textAbstract:
Thesis (Ph. D.)--Michigan State University. Dept. of Electrical Engineering, 2008.Title from PDF t.p. (viewed on July 2, 2009) Includes bibliographical references (p. 147-155). Also issued in print.
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Wang, H. (Hongbo). "Silicon X-ray smart sensor micromodule and microsystem." Doctoral thesis, University of Oulu, 2002. http://urn.fi/urn:isbn:951426746X.
Full textAbstract:
Abstract
Research on X-ray imaging sensors and systems have been carried out for several decades. To make these X-ray scanners smaller with better performance and higher operating speed is an important subject for scientific research and industrial applications.
This thesis covers a whole X-ray line-scan camera system. Special attention is given to the smart sensor micromodule design and processing technology. The smart sensor micromodule is an integrated sensor card that includes both silicon X-ray sensor array and signal-processing integrated circuits, which can perform the functions of both an optical sensor and an analog signal processor. Digital signal processing (DSP) made by application specific integrated circuits (ASICs) is also covered in this thesis.
Processing technology of the photodiode array, design of the integrated circuit, design and packaging of the micromodules are presented in this thesis. The mechanism of photodiode leakage current is studied in detail. Measured results show that the leakage current level of the photodiode array achieves 80 pA/cm2 under zero bias condition, which outperforms the best photodiode reported so far.
The algorithm of the digital signal processing is also studied. The X-ray scanning system can achieve 2 m/s scanning speed with a spatial resolution of 400 mm.
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Suster, Michael August. "High-Performance Wireless Microsystem for MEMS Capacitive Strain Sensors." Case Western Reserve University School of Graduate Studies / OhioLINK, 2011. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=case1311362499.
Full text
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Liu, Yufei. "Integrated sensors for process monitoring and health monitoring in microsystems." Thesis, Heriot-Watt University, 2011. http://hdl.handle.net/10399/2426.
Full textAbstract:
This thesis presents the development of integrated sensors for health monitoring in Microsystems, which is an emerging method for early diagnostics of status or “health” of electronic systems and devices under operation based on embedded tests. Thin film meander temperature sensors have been designed with a minimum footprint of 240 m × 250 m. A microsensor array has been used successfully for accurate temperature monitoring of laser assisted polymer bonding for MEMS packaging. Using a frame-shaped beam, the temperature at centre of bottom substrate was obtained to be ~50 ºC lower than that obtained using a top-hat beam. This is highly beneficial for packaging of temperature sensitive MEMS devices. Polymer based surface acoustic wave humidity sensors were designed and successfully fabricated on 128° cut lithium niobate substrates. Based on reflection signals, a sensitivity of 0.26 dB/RH% was achieved between 8.6 %RH and 90.6 %RH. Fabricated piezoresistive pressure sensors have also been hybrid integrated and electrically contacted using a wire bonding method. Integrated sensors based on both LiNbO3 and ZnO/Si substrates are proposed. Integrated sensors were successfully fabricated on a LiNbO3 substrate with a footprint of 13 mm × 12 mm, having multi monitoring functions for simultaneous temperature, measurement of humidity and pressure in the health monitoring applications.
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Majerus, Steve J. "Wireless, Implantable Microsystem for Chronic Bladder Pressure Monitoring." Case Western Reserve University School of Graduate Studies / OhioLINK, 2014. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=case1397120012.
Full text
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Lazaro, Orlando. "CMOS inductively coupled power receiver for wireless microsensors." Diss., Georgia Institute of Technology, 2014. http://hdl.handle.net/1853/51874.
Full textAbstract:
This research investigates how to draw energy from a distant emanating and alternating (i.e., AC) magnetic source and deliver it to a battery (i.e., DC). The objective is to develop, design, simulate, build, test, and evaluate a CMOS charger integrated circuit (IC) that wirelessly charges the battery of a microsystem. A fundamental challenge here is that a tiny receiver coil only produces mV's of AC voltage, which is difficult to convert into DC form. Although LC-boosted diode-bridge rectifiers in the literature today extract energy from similar AC sources, they can do so only when AC voltages are higher than what miniaturized coils can produce, unless tuned off-chip capacitors are available, which counters the aim of integration. Therefore, rather than rectify the AC voltage, this research proposes to rectify the current that the AC voltage induces in the coil. This way, the system can still draw power from voltages that fall below the inherent threshold limit of diode-bridge rectifiers. Still, output power is low because, with these low currents, small coils can only extract a diminutive fraction of the magnetic energy available, which is why investing battery energy is also part of this research. Ultimately, the significance of increasing the power that miniaturized platforms can output is higher integration and functionality of micro-devices, like wireless microsensors and biomedical implants.
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Boudjiet, Mohand-Tayeb. "Microsystèmes durables de mesures de concentration d'hydrogène utilisant des micropoutres sans couche sensible." Thesis, Bordeaux, 2015. http://www.theses.fr/2015BORD0137/document.
Full textAbstract:
Ces travaux de thèse tentent de répondre à un besoin de surveillance fiable et durable de la concentration d’hydrogène dans un environnement radioactif. Dans ces travaux, nous proposons l’étude et le développement d’un capteur physique d’hydrogène à base de micropoutres résonantes en silicium. La particularité de ce type de capteur vient du fait qu’il ne contient pas de couche sensible et est donc moins sujet au vieillissement que les capteurs chimiques à base de couche sensibles. Compte tenu de la faible masse volumique de l’hydrogène par rapport à celle de l’air et de la bonne sensibilité des micropoutres résonantes aux propriétés physiques du gaz environnant (masse volumique et viscosité), l’utilisation de micropoutres résonantes pour le suivi de la concentration de l’hydrogène dans l’air est tout à fait possible. L’objectif de ces travaux de recherche est l’amélioration de la sensibilité et de la limite de détection de ce type de capteur. Tout d’abord, une étude des méthodes de suivi de faibles variations de la fréquence de résonance a été effectuée. Ceci a permis de déterminer la méthode ayant le meilleur rapport signal sur bruit, permettant ainsi d’améliorer la limite de détection en termes de variation de fréquence de résonance. Dans une seconde partie, une étude de l’influence de la géométrie et des dimensions sur la sensibilité vis-à-vis des variations de la masse volumique du gaz environnant a été réalisée. A l’issu de cette étude, des critères géométriques et dimensionnels permettant l’optimisation de la sensibilité ont été dégagés. D’autres aspects visant à améliorer les performances (sensibilité et limite de détection) de ces capteurs ont été étudiés, comme l’influence du courant d’actionnement et des tensions de polarisation (actionnement électromagnétique et détection piézorésistive) et l’utilisation des modes supérieurs de résonance. Par ailleurs, l’étude de l’influence des paramètres environnementaux (température et pression) sur le comportement des micropoutres résonantes a été établieThese PhD research tries to meet a need for a reliable and a sustainable hydrogen concentration monitoring in a radioactive environment. In this work, we propose the study and development of resonant silicon microcantilever-based physical hydrogen sensors. The special feature of this sensor is that it does not contain any sensitive and consequently the reliability is improved, compared to devices with sensitive coating. In view of the low density of hydrogen compared to that of air, and the good sensitivity of a resonant microcantilever to the physical properties of the surrounding gas (density and viscosity), the use of vibrating uncoated microcantilever for monitoring hydrogen concentration in air is therefore possible. The objective of this research is to improve the sensitivity and the limit of detection of such sensors. First of all, a study of methods for monitoring small changes in resonant frequency has been conducted in order to determine the method having the best signal to noise ratio, thus, allowing improvement of its resolution in terms of resonant frequency variation measurement. In a second part, a study of the influence of microcantilever geometries and dimensions on their sensitivity to the gas density variation has been performed. As a result, geometrical and dimensional criteria for optimizing the sensitivity to the gas density have been identified. Other factors in a view of improving performance (sensitivity and detection limit) of vibrating microbeams have been studied, such as the influence of the actuating current and bias voltages (electromagnetic actuation and piezoresistive detection) and using high resonant modes. Furthermore, the study of the influence of environmental parameters (temperature and pressure) on the sensors behavior has been established
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Viard, Romain. "Dispositifs fluidiques de contrôle actif d’écoulements à base de microsystèmes magnéto-électro-mécanique (MMEMS) : (conception, réalisation, tests)." Thesis, Ecole centrale de Lille, 2010. http://www.theses.fr/2010ECLI0003/document.
Full textAbstract:
Dans ce mémoire, une étude des conditions de contrôles d’écoulements aérodynamiques par des réseaux de générateurs de tourbillons fluidiques pulsés est menée pour établir un cahier des charges des micro-actionneurs instrumentés de faible coût, indispensables à la réalisation de ce type de contrôle actif à l’échelle industrielle. Une discussion des problématiques rencontrées dans la mise en place de ces dispositifs permet de définir des solutions techniques pertinentes. Une micro-valve encapsulée, constituée d’un canal micro-fluidique en silicium dont l’ouverture est contrôlée par un résonateur annulaire en PDMS, actionnée par différents dispositifs macroscopiques magnétiques, est alors modélisée, fabriquée et caractérisée. Le dispositif permet de générer des jets d’air pulsés complètement contrôlés jusqu’à des vitesses de 150m/s sur la gamme de fréquence [0 ; 500 Hz]. Des réseaux de ces micro-actionneurs polyvalents sont ensuite utilisés en soufflerie pour démontrer sur différents profils aérodynamiques classiques l’intérêt du contrôle par jet pulsé. Le recollement du flux d’air décollé est obtenu sur chacune de ces maquettes pour des conditions réalistes et avec un rendement fluidique supérieur à celui des jets continus.Un débitmètre massique composé d’un capteur de température, d’un capteur de frottement pariétal et d’un capteur de pression de type Pirani, réalisés dans le même procédé de fabrication, est intégré au micro-actionneur. Il permet de caractériser in-situ les jets d’air produits.Enfin un prototype répondant complètement au cahier des charges industriel est obtenu. Sa taille est minimisée par l’optimisation de l’actionneur grâce à un algorithme génétiqueThis thesis starts with a study of aerodynamic flow control conditions by arrays of pulsed fluidic vortex generators. Detailed specifications are synthesised for the conception of low cost, sensors equipped, micro-actuators required to manage industrial scale active flow control experiments. Devices implementation is discussed to define relevant technical solutions.A packaged micro valve is modelled, fabricated and characterized. It is composed of a micro fluidic channel modulated by an annular membrane resonator made of PDMS. The membrane is controlled by different kinds of magnetic actuation. Fully controlled pulsed air jets are obtained in the frequency range [0; 500 Hz] with velocities up to 150 m/s. Arrays of these micro actuators are used in wind tunnel experiments to demonstrate the ability of pulsed jet to manage control on a wide range of classical separated flows. Reattachment is achieved under industrial flow conditions with improved fluidic yield compared to continuous jets.A mass flow meter constituted of a thermal sensor, a shear flow sensor and a Pirani pressure sensor, all of them built in a single fabrication step, is integrated in the micro-actuator. It allows in-situ characterization of the produced air jets.Finally, a fully satisfying demonstrator is obtained. Its sized is minimized through the use of a genetic algorithm
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Papakostas, Thomas. "Polymer thick-film sensors and their integration with silicon : a route to hybrid microsystems." Thesis, University of Southampton, 2000. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.342759.
Full text
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Singamaneni, Srikanth. "Microstructures and multifunctional microsystems based on highly crosslinked polymers." Diss., Atlanta, Ga. : Georgia Institute of Technology, 2009. http://hdl.handle.net/1853/29746.
Full textAbstract:
Thesis (Ph.D)--Polymer, Textile and Fiber Engineering, Georgia Institute of Technology, 2010.Committee Chair: Tsukruk, Vladimir; Committee Member: Gall, Ken; Committee Member: Griffin, Anselm; Committee Member: Jang, Seung Soon; Committee Member: Thio, Yonathan. Part of the SMARTech Electronic Thesis and Dissertation Collection.
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Stehlík, Jiří. "Obvody s proudovou zpětnou vazbou pro zpracování analogových signálů." Doctoral thesis, Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, 2009. http://www.nusl.cz/ntk/nusl-233459.
Full textAbstract:
This dissertation thesis deals with design of new functional blocks usable in area of analogue signal processing, focusing on sensor signal processing. Versatility of these circuits will find applications in programmable analogue array structures that will be possible to control and configure via a digital signal. Hereby build-up array would be fully a reconfigurable digital control system for sensor signal processing and usable for a wide range of different sensors. It offers possibility to build-up a control code for each specific sensor system, with which it would be possible to achieve optimal results of the entire system and consequently place the system on a chip. The presented programmable array is designed from configurable analogue blocks. The current feedback circuits, which in a suitable configuration can operate in voltage or current mode, are used here. This allows to achieve very good results in the systems with very low power supply, which is closely associated with mobility and autonomous behavioral (that are very important and observed parameters today) of the entire sensor-based framework. The work deals in detail with particular blocks, which are described theoretically and evaluated for using in the programmable analogue array. Design of the structure of programmable analogue array as well the use of these circuits in the part of whole system (that will be realized on a chip) are presented at the end of this thesis.
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Demirci, Kemal Safak. "Chemical microsystem based on integration of resonant microsensor and CMOS ASIC." Diss., Georgia Institute of Technology, 2010. http://hdl.handle.net/1853/41182.
Full textAbstract:
The main topic of this thesis is the development of a chemical microsystem based on integration of a silicon-based resonant microsensor and a CMOS ASIC for portable sensing applications. Cantilever and disk-shape microresonators have been used as mass-sensitive sensors. Based on the characteristics of the microresonators, CMOS integrated interface and control electronics have been implemented. The CMOS ASIC utilizes the self-oscillation method, which incorporates the microresonator in an amplifying feedback loop as the frequency determining element. In this manner, the ASIC includes a main feedback loop to sustain oscillation at or close to the fundamental resonance frequency of the microresonator. For stable oscillation, an automatic gain control loop regulates the oscillation amplitude by controlling the gain of the main feedback loop. In addition, an automatic phase control loop has been included to adjust the phase of the main feedback loop to ensure an operating point as close as possible to the resonance frequency, resulting in improved frequency stability. The CMOS chip has been interfaced to cantilever and disk-shape microresonators and short-term frequency stabilities as low as 3.4×10-8 in air have been obtained with a 1 sec gate time.
The performance of the implemented microsystem as a chemical sensor has been evaluated experimentally with microresonators coated with chemically sensitive polymer films. With a gas-phase chemical measurement setup constructed in this work, chemical measurements have been performed and different concentrations of VOCs, such as benzene, toluene and m-xylene have been detected with limits of detection of 5.3 ppm, 1.2 ppm and 0.35 ppm, respectively.
To improve the long-term stability in monitoring applications with slowly changing analyte signatures, a method to compensate for frequency drift caused by environmental disturbances has been implemented on the CMOS chip. This method uses a controlled stiffness modulation generated by a frequency drift compensation circuit to track the changes in the resonator's Q-factor in response to variations in the environmental conditions. The measured Q-factor is then used to compensate for the frequency drift using an initial calibration step. The feasibility of the proposed method has been verified experimentally by compensating for temperature-induced frequency drift during gas-phase chemical measurements.
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Fan, Xiao Zhu. "Enhancement of an indium phosphide resonator sensor microsystem through the development of an adaptive feedback circuit and electrospray deposition." College Park, Md.: University of Maryland, 2009. http://hdl.handle.net/1903/9679.
Full textAbstract:
Thesis (M.S.) -- University of Maryland, College Park, 2009.Thesis research directed by: Dept. of Electrical Engineering. Title from t.p. of PDF. Includes bibliographical references. Published by UMI Dissertation Services, Ann Arbor, Mich. Also available in paper.
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Dufour, Nicolas. "Conception et réalisation d'un multicapteur de gaz intégré à base de plateformes chauffantes sur silicium et de couches sensibles à oxyde métallique pour le contrôle de la qualité de l'air habitacle." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00956669.
Full textAbstract:
De nombreuses études récentes ont montré la présence de quantités élevées de polluants à l'intérieur de l'habitacle automobile. La solution proposée pour pallier ce problème est l'élaboration d'un capteur de gaz capable de détecter les polluants pénétrant à l'intérieur du véhicule, engendrant la fermeture des volets d'aération lors de l'observation d'un pic de pollution. Les micro-capteurs chimiques à oxydes métalliques sont les meilleurs candidats pour résoudre cette problématique : ils présentent une grande sensibilité à de nombreux gaz, des temps de réponse rapides, et leur coût de production est faible. Leur principal défaut est un manque de sélectivité. Les travaux de recherches effectués ont consisté à mettre au point un micro-dispositif intégrant un réseau multicapteur de gaz à détection conductimétrique : sur une même puce micro-usinée en silicium sont intégrées plusieurs couches sensibles différentes, visant à détecter sélectivement plusieurs gaz : le monoxyde de carbone (CO), le dioxyde d'azote (NO2), l'ammoniac (NH3), l'acétaldéhyde (C2H4O) et le sulfure d'hydrogène (H2S). Pour se faire, trois axes d'études principaux se sont dégagés. La première partie de cette étude s'est portée sur la conception des micro-plateformes chauffantes à l'aide d'un outil de simulations numériques multiphysiques, pour optimiser, d'une part leur structure et leur géométrie afin d'atteindre les performances thermiques escomptées (optimisation du rendement thermoélectrique et minimisation d'interaction d'une cellule à l'autre), et d'autre part les performances thermomécaniques compte tenu de la possibilité d'utiliser un mode de fonctionnement des capteurs en transitoires thermiques rapides. Le modèle obtenu a été validé par comparaison à des mesures physiques. Celui-ci nous a permis d'améliorer le comportement thermique à la surface de la membrane et de réduire les coûts de fabrication en simplifiant le design. La fabrication en centrale technologique de la plateforme multicapteurs a ensuite été réalisée en tenant compte des améliorations proposées par la modélisation. Une étude spécifique sur l'intégration dans le procédé d'une technique industrielle des dépôts des matériaux sensibles par jet d'encre a été menée. Nous avons ainsi mis au point une méthode permettant de déposer rapidement et à bas coûts plusieurs couches sensibles (ZnO, CuO et SnO2) sur une même structure de détection. Enfin, nous avons procédé à l'élaboration d'un système décisionnel, comprenant deux éléments : la mise au point d'un profil optimisé de contrôle des résistances chauffantes et sensibles permettant d'améliorer la sensibilité, la sélectivité et la stabilité, et une analyse multivariée des données. Il a de ce fait été possible de détecter sélectivement la plupart des gaz ciblés (seuls et mélangés) à de faibles concentrations (0,2 ppm de NO2, 2 ppm de C2H4O, 5 ppm de NH3 et 100 ppm de CO).
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Narayanan, Arvind. "Development of Low-power Wireless Sensor Nodes based on Assembled Nanowire Devices." Thesis, Virginia Tech, 2000. http://hdl.handle.net/10919/10110.
Full textAbstract:
Networked wireless sensor systems have the potential to play a major role in critical applications including: environmental monitoring of chemical/biological attacks; condition-based maintenance of vehicles, ships and aircraft; real-time monitoring of civil infrastructure including roads, bridges etc.; security and surveillance for homeland defense systems; and battlefield surveillance and monitoring. Such wireless sensor networks can provide remote monitoring and control of operations of large-scale systems using low-power, low-cost, "throw-away" sensor nodes. This thesis focuses on two aspects of wireless sensor node development: (1) post-IC assembly of nanosensor devices onto prefabricated complementary-metal-oxide-semiconductor (CMOS) integrated circuits using a technique called dielectrophoretic (DEP) assembly; and (2) design of a low-power SiGe BiCMOS multi-band ultra-wideband (UWB) transmitter for wireless communications with other nodes and/or a central control unit in a wireless sensor network.
For the first part of this work, a DEP assembly test chip was designed and fabricated using the five-metal core CMOS platform technology of Motorola's HiP6W low-voltage 0.18_m Si/SiGe BiCMOS process. The CMOS chip size was 2.5mm x 2.5 mm. The required AC signal for assembling nanowires is provided to the bottom electrodes defined in the Metal 4 (M4) layer of the IC process. This signal is then capacitively coupled to the top/assembly electrodes defined in the top metal (M5) layer that is also interconnected to appropriate readout circuitry. The placement and alignment of the nanowires on the top electrodes are defined by dielectrophoretic forces that act on the nanowires. For proof of concept purposes, metallic rhodium nanowires ((length = 5μm and diameter = 250 nm) were used in this thesis to demonstrate assembly onto the prefabricated CMOS chip. The rhodium nanowires were manufactured using a nanotemplated electroplating technique. In general, the DEP assembly technique can be used to manipulate a wider range of nanoscale devices (nanowire sensors, nanotubes, etc.), allowing their individual assembly onto prefabricated CMOS chips and can be extended to integrate diverse functionalized nanosensors with sensor readout, data conversion and data communication functionalities in a single-chip environment. In addition, this technique provides a highly-manufacturable platform for the development of multifunctional wireless sensor nodes based on assembled nano-sensor devices.
The resistances of the assembled nanowires were measured to be on the order of 110 Ω consistent with prior prototype results. Several issues involved in achieving successful assembly of nanowires and good electrical continuity between the nanowires and metal layers of IC processes are addressed in this thesis. The importance of chemical/mechanical planarization (CMP) technique in modern IC processes and considerations for electrical isolation of readout circuit from the assembly sites are discussed.
For the second part of this work, a multi-band hopping ultrawideband transmitter was designed to operate in three different frequency bands namely, 4.8 GHz, 6.4 GHz and 8.0 GHz. As a part of this effort, this thesis includes the design of a CMOS phase/frequency detector (PFD), a CMOS pseudo-random code generator and an on-chip passive loop filter, which were designed for the multi-band PLL frequency synthesizer. The CMOS PFD provided phase tracking over a range of -2π to +2π radians. The on-chip passive loop filter was designed for a 62_ phase margin, 250 μA-charge pump output current and 4 MHz-PLL loop-bandwidth. The CMOS pseudorandom code generator provided a two-bit output that helped switch the frequency bands of the UWB transmitter. With all these components, along with a BiCMOS VCO, a CMOS charge pump and a CMOS frequency divider, the simulated PLL frequency synthesizer locked within a relatively short time of 700ns in all three design frequency bands. The die area for the multi-band UWB transmitter as laid out was 1.5 mm x 1.0 mm.
Future work proposed by this thesis includes sequential assembly of diverse functionalized gas/chemical nanosensor elements into arrays in order to realize highly sensitive "electronic noses". With integration of such diverse functionalized nano-scale sensors with low-power read-out and data communication system, a versatile and commercially viable low-power wireless sensor system can be realized.Master of Science
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Kankanam, Gamage Sisira. "Exploration of Novel Silicon Devices Toward the Realization of a MEMS-Based Microsystem for Utilities (Water, Gas, Electrical) Monitoring." University of Cincinnati / OhioLINK, 2001. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=ucin985901586.
Full text
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Schell, Jean-Baptiste. "Microsystème de positionnement dédié à l'instrumentation d'aiguilles pour intervention chirurgicale sous scanner IRM." Thesis, Strasbourg, 2013. http://www.theses.fr/2013STRAD043.
Full textAbstract:
Les interventions chirurgicales s'orientent de plus en plus vers des techniques dites mini-invasives. Dans ce mode d'intervention, le praticien perd la vision directe de l'extrémité de l'instrument médical qu'il manipule. Le contrôle visuel du déplacement de l'instrument à l'intérieur du corps humain s'effectue alors sur écran grâce aux techniques d'imagerie médicale, en particulier l'imagerie par résonance magnétique (IRM). Afin d'assurer une grande précision du déplacement de l'instrument, sa position doit être connue pour permettre un recalage automatique du plan d'imagerie en temps réel. Ce document décrit la conception et la caractérisation d'un système de positionnement fonctionnant sous IRM et pouvant s'insérer dans un instrument médical de très petit diamètre. Afin d'aboutir à des dimensions millimétriques, le système est réalisé sur une puce en silicium utilisant les procédés standard de fabrication de la micro-électronique : la technologie CMOS 0,35 µm basse tension. Ce microsystème est basé sur l'utilisation d'un capteur magnétique 3D à effet Hall associé à l'électronique intégrée spécifique au traitement du signal, permettant d'extraire la mesure précise des gradients de champ magnétique inhérents au principe même de l'IRM. La relation unique entre les coordonnées spatiales du tunnel du scanner IRM et les gradients de champ magnétique, rend possible la détermination de la position et de l'orientation du microsystème. Les résultats expérimentaux montrent qu'une localisation est possible en 3 ms avec une résolution spatiale sub-millimétriqueSurgeries are moving more and more towards so called minimally invasive techniques. With these techniques, the surgeon looses direct view of the medical tool that he manipulates. The visual control of the instrument movement inside the human body is monitored on a screen through medical imaging techniques, particularly magnetic resonance imaging (MRI). To ensure a high accuracy of the instrument movement, its position must be known to enable the automatic registration of the imaging plane in real time.This work describes the design and characterization of a positioning system operating in a MRI scanner which can be embedded in medical devices of very small diameters. To achieve millimeter dimensions, the system is realized on a silicon chip using standard manufacturing processes of microelectronics : low voltage 0.35 µm CMOS technology. This microsystem is based on the use of a 3D magnetic Hall effect sensor co-integrated with specific signal processing electronics to extract the accurately measured magnetic field gradients which are inherent to the MRI principle. The unique relationship between scanner bore space coordinates and the magnetic field gradients allows to determine the position and orientation of the microsystem. Experimental results show that localization is possible in 3 ms with sub-millimeter spatial resolution
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Maréchal, Baptiste. "Microsystèmes inertiels vibrants pour applications spatiales : apport des fonctions numériques." Thesis, Montpellier, 2016. http://www.theses.fr/2016MONTT265/document.
Full textAbstract:
L’Onera développe des capteurs inertiels MEMS vibrants avec des performances qui peuvent intéresser des applications spatiales. Les électroniques analogiques traditionnellement associées ne sont à priori pas limitantes par rapport aux performances physiques des capteurs. En revanche, elles se montrent encombrantes, non reconfigurables, et ne délivrent pas les grandeurs mesurées sous forme numérique à l’ordinateur de bord. En outre,dans le cadre d’une utilisation spatiale, elles sont sujettes à dépendance et à obsolescence :le remplacement d’un composant implique une nouvelle qualification.Cette thèse propose une nouvelle architecture numérique générique, limitant au maximum les composants analogiques nécessaires. Les travaux portent principalement sur deux capteurs développés par l’Onera : l’accéléromètre à lame vibrante VIA et le gyromètre vibrant à effet Coriolis VIG, mais sont justement transposables à d’autres familles. Une première fonction clé identifiée est la datation d’évènements pour la mesure de fréquence et de phase, une seconde concerne la synthèse numérique directe de fréquence pour le pilotage de résonateurs, et une troisième traite la génération de signaux sinusoïdaux purs à partir des trains binaires délivrés par le système numérique. Ces fonctions sont réalisées sous forme de périphériques numériques autour d’un processeur embarqué, le tout synthétisé sur composant programmable FPGA. Le manuscrit débute par un rappel des lois physiques et des technologies de mesure inertielle, suivi d’une revue des oscillateurs, analogiques et numériques, afin de déterminer l’architecture numérique souhaitée. Le chapitre suivant aborde de façon théorique les fonctions numériques envisagées, et en détermine les éléments de performance. La mise en oeuvre de ces fonctions et les premiers résultats expérimentaux sont ensuite présentés d’abord au niveau de la fonction seule, et enfin dans une architecture complète incluant le capteur et le logiciel embarqué, pour fournir de vraies mesures inertielles. Ces résultats encouragent le déploiement d’électronique numérique dans les prochaines générations de capteursOnera has been developing vibrating inertial MEMS sensors with performances good enough for space uses. Associated conventional analog electronics are not limiting the physical performances of the sensors. They are, however, bulky, not reconfigurable, and do not deliver digital measurements to the on-board computer. Furthermore, when used for space applications, they have to cope with dependency and obsolescence requiring a new qualification when any part is changed.This thesis offers a new digital generic architecture with as few analog parts as possible. Work has been focused on two sensors developed by Onera: the VIA, a vibrating beam accelerometer, and the VIG, a Coriolis vibrating gyro, but can address other sensors. A first digital function identified is event timestamping for frequency and phase measurements; a second key function is the direct digital synthesis of the oscillating sensors driving signal; the third one generates pure sine signals from binary sequences output from the digital platform. These function are implemented as peripherals of an embedded processor on a FPGA.This dissertation firstly reminds physical laws and technologies of inertial measurements, followed by a quick review of oscillators, analog and digital, in order to introduce the chosen digital architecture. A following chapter studies the theory of the digital functions considered and identifies their performances. Afterwards, realisations and first experimental results are exposed, at a function level first, at a global level then, with the sensor and the embedded software to provide real inertial readings. The results gathered boost the idea of deploying digital electronics in future sensor releases
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Lecointre, Aubin. "Interface radio IR-UWB reconfigurable pour les réseaux de microsystèmes communicants." Thesis, Toulouse, INSA, 2010. http://www.theses.fr/2010ISAT0026/document.
Full textAbstract:
Les travaux présentés lors de cette thèse s’inscrivent dans le cadre des réseaux de microsystèmes communicants dont les réseaux de capteurs sont l’exemple le plus connu. La problématique adressée est la conception d’une interface radio communicante répondant aux besoins spécifiques des microsystèmes communicants : simplicité, faible coût, faible consommation, faible encombrement, haut débit et reconfigurabilité. Les technologies actuelles sans fil comme le WiFi, le Bluetooth, et Zigbee ne sont pas en mesure de répondre à ces contraintes spécifiques. L’étude se focalise sur la technologie IR-UWB (Impulse Radio Ultra-WideBand). Dans un premier temps, une étude conjointe sur la capacité du canal et l’implémentation matérielle est menée pour déterminer l’architecture optimale des émetteurs-récepteurs en IR-UWB. Cette étude propose l’utilisation d’une architecture multi bandes IR-UWB (MB-IR-UWB) à implémentation mixte à 60 GHz avec des antennes directives. Cette solution est optimisée sur les critères de débit et puissance consommée. Afin de supporter l’ensemble des besoins des applications des réseaux de microsystèmes communicants et l’évolution de l’environnement d’opération, la reconfigurabilité doit être implémentée dans les émetteur-récepteurs proposés. Ces travaux présentent une proposition de reconfigurabilité par paramètres, qui permet de supporter la plus grande gamme de reconfigurabilités multi propriétés (débit, taux d’erreur, portée, puissance consommée, …) de l’état de l’art. Enfin, pour valider par la mesure les travaux sur la reconfigurabilité et sur les architectures d’émetteur-récepteurs IR-UWB, des implémentations FPGA et ASIC sont réalisées. Un nouveau procédé de synchronisation et démodulation conjointe reconfigurable est proposé dans le récepteur IR-UWB BPSK S-Rake. Les mesures montrent que le circuit de traitement proposé améliore les performances en synchronisation, démodulation, efficacité, débit du réseau, consommation et complexité du circuit. L’émetteur-récepteur IR-UWB reconfigurable proposé atteint un débit et une gamme de reconfigurabilité supérieure à l’état de l’artThe research work presented in this thesis is situated in the framework of wireless sensor networks (WSNs). The issue addressed is the design of a radio interface answering the specific needs of WSNs: simplicity, low cost, low power, small size, high data rate and reconfigurability. Current wireless technologies like WiFi, Bluetooth, and Zigbee are not able to respond to these requirements. Thus this study focuses on Impulse Radio Ultra-WideBand (IR-UWB) technology. At first, a joint study of the channel capacity and the hardware implementation is carried out to determine the optimal architecture of IR-UWB transceivers. This study proposes an architecture using multi-band IR-UWB (MB-UWB-IR) with a mixed implementation at 60 GHz with directional antennas. This solution is optimized according to the criteria of data rate and power consumption. To support the all the needs of WSN applications and to adapt to the evolution of the WSN’s environment, reconfigurability must be implemented in the proposed IR-UWB transceiver. This thesis presents a new solution: the reconfigurability by parameters. It supports the widest range of multi-property reconfigurability (with respect to data rate, bit error rate, radio range, power consumption, ...) of the state of the art. Finally, to validate these techniques by measurements, FPGA and ASIC implementations are realized by using the reconfigurability and the IR-UWB transceiver architecture proposed. A new method for joint synchronization and demodulation is proposed for a reconfigurable IR-UWB BPSK S-Rake receiver. The measurements show that the proposed technique improves the circuit performance: synchronization, demodulation, efficiency, network throughput, power consumption and complexity of the circuit. The proposed IR-UWB reconfigurable transceiver achieves a data rate and a wider range of reconfigurability compared to the state of the art
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Campanella, Pineda Humberto. "Thin-film bulk acoustic wave resonators (FBAR) : fabrication, heterogeneous integration with CMOS technologies and sensor applications." Doctoral thesis, Universitat Autònoma de Barcelona, 2008. http://hdl.handle.net/10803/5357.
Full textAbstract:
El gran impacto de la tecnología FBAR tanto en sistemas de radio frecuencia como más recientemente en sensores han motivado el desarrollo de aplicaciones integradas. Esto implica que los procesos de fabricación deberían lograr producir dispositivos resonadores con un alto factor de calidad, al tiempo que permitir la integración de los FBAR con tecnologías CMOS estándar. De tal manera, esta tesis doctoral aborda dichos requerimientos, contribuyendo con el diseño, fabricación y caracterización de resonadores FBAR; su integración con tecnologías CMOS estándar; y su aplicación a sistemas de sensores. El desarrollo de la tecnología de fabricación de los FBAR ha involucrado la puesta a punto de las técnicas de depósito y micro-mecanización de la estructura en capas del resonador, la cual está comprendida por una película de material acústico hecha de nitruro de aluminio (AlN). Se realizaron diversas pruebas para analizar la calidad del AlN depositado. También se probaron y pusieron a punto diferentes tecnologías de micro¬mecanización para liberar la estructura del FBAR, destacando entre ellas la técnica de ataque en seco por la cara de componentes, dados los altos factores de calidad obtenidos (superiores a 2.000 a 2,4 GHz). Sobre los dispositivos fabricados se realizaron caracterizaciones estructurales, modelos utilizando análisis de elementos finitos y la extracción de parámetros de circuito equivalente. Una variación del proceso que involucraba el diseño, modelado y fabricación de un dispositivo FBAR con compensación de temperatura fue igualmente desarrollada. En este ámbito vale la pena resaltar la concepción y realización de una novedosa técnica post-fabricación para el ajuste fino de la frecuencia de resonancia de los FBAR por medio de un haz de iones focalizados (FIB).
Basado en la tecnología arriba mencionada, se desarrolló un método de integración heterogénea a nivel de oblea de los dispositivos FBAR en sustratos CMOS estándar. De acuerdo con este método, se logró fabricar por primera vez dispositivos FBAR flotando sobre sustratos CMOS estándar. Este método ha sido exitosamente demostrado por medio de la integración de los FBAR tanto con la tecnología comercial AMS035 como con la CNM25, desarrollada en el CNM-IMB (CSIC).
En el terreno de las aplicaciones, se diseñaron y realizaron diferentes aplicaciones de sensores basadas en FBAR, siendo el detector de masas localizadas la más relevante de entre ellas. Es de anotar que esta aplicación fue demostrada por primera vez utilizando FBARs de alta frecuencia como elemento sensor. De tal forma, se contrastaron los resultados experimentales y de modelado del sensor. Por otra parte, se presenta también el concepto de sensores mecánicos basados en FBAR. Para ello se han desarrollado dos ejemplos: el acelerómetro basado en FBAR y el sensor de fuerza para aplicaciones de puntas de AFM. Se reporta también en esta tesis la fabricación y caracterización de un nuevo tipo de resonadores acústicos de AlN sin contacto entre electrodos.
The high impact of FBAR on radio-frequency and, most recently, on sensing systems has motivated the development of integrated applications. This means that the fabrication process should succeed in producing high-quality-factor resonators and, at the same time, in integrating FBARs with standard CMOS technologies. Hence, this Ph.D. thesis addresses these requirements by contributing with the design, fabrication and characterization of thin-film bulk acoustic wave resonators (FBAR); their integration with standard complementary-metal-oxide-semiconductor (CMOS) technologies; and their application to sensing systems.
The development of the FBAR's fabrication technology has involved the set up of the deposition and micromachining techniques of the layered structure of the resonator, which comprises an acoustic layer made of aluminum nitride (AlN). Several tests on the deposition and characterization of the AlN quality were carried out. Also, different micro-machining technologies for FBAR releasing were tested, the front-side micro-machining technique having obtained the best quality-factor results (over 2,000 at 2.4 GHz). Structural and device experimental characterization; and equivalent-circuit parameter and finite-element modeling of the FBAR were carried out. A process variation involving the design, modeling and fabrication of a temperature-compensated (TC) FBAR device was also implemented. Another remarkable result is the implementation of a post-fabrication, focused-ion-beam assisted technique for tuning of the resonance frequency of the FBAR.
Based on the foregoing-mentioned FBAR technology, a method for performing wafer-level heterogeneous integration of the FBAR with a CMOS substrate was developed. According to this method, the fabrication of a floating FBAR above standard CMOS substrates has been achieved for the first time. The method was demonstrated by integrating FBARs on the commercial AMS035 and the in-house CNM25 CMOS technologies.
On the application side, different FBAR-based sensor applications were implemented, the localized-mass detector being the most relevant, which has been demonstrated for the first time for high-frequency bulk-acoustic resonators. Experimental and modeling results have been contrasted. Also, the concept of FBAR-based mechanical sensor has been introduced. Two examples are the embedded-FBAR accelerometer and the force sensor for AFM-cantilever applications. The fabrication and characterization results of an AlN-based contactless acoustic resonator are also reported in this thesis.
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Joblin, Yaël. "Elaboration d’un microsystème d’analyse de l’air destiné à la détection rapide d’un développement fongique dans les espaces clos." Thesis, Paris Est, 2011. http://www.theses.fr/2011PEST1027/document.
Full textAbstract:
Les champignons sont des biocontaminants courants des environnements intérieurs. De nombreuses études ont démontré leur rôle dans la dégradation des supports que ces microorganismes colonisent tels que les matériaux de construction, les ouvrages ou les œuvres d'art. De plus, ces biocontaminants sont susceptibles d'induire des allergies, des infections, des toxi-infections ou encore des irritations. Depuis 2005, une technique de détection de la croissance fongique, basée sur la recherche de traceurs chimiques spécifiques dans l'air, et un indice de contamination fongique (ICF), ont été développés et validés au cours de différentes campagnes de mesures dans l'habitat, les bureaux, les écoles, les crèches… L'objectivation d'une croissance fongique dans un environnement s'appuie sur des prélèvements par adsorption, une analyse chromatographique au laboratoire (GC/MS) et le calcul de l'ICF. Dans le cadre de la surveillance de la qualité microbiologique de l'air des environnements intérieurs, cette thèse a pour ambition de prolonger ces travaux en développant notamment un système de microcapteurs chimiques adapté à la mesure in situ. Cette recherche repose à la fois sur la méthode de détection fongique développée au CSTB et sur l'expertise scientifique et technique de l'ESIEE en matière de miniaturisation d'instruments de mesure, grâce à l'apport des microtechnologies. Le premier axe de cette étude a consisté à identifier expérimentalement les COV du métabolisme fongique spécifiques d'un développement sur des matériaux du patrimoine. Ces molécules ont permis de consolider l'ICF et de définir deux indices spécifiques à la problématique des sites patrimoniaux, validés dans des châteaux, musées, bibliothèques, grottes ornées… Le second axe porte, d'une part, sur la conception la réalisation et la caractérisation des briques élémentaires du microsystème d'analyse, à savoir un module de préconcentration (adsorption TENAX), un module de séparation (microGC) et un module de détection (capteurs polymères) et d'autre part sur les intégrations et pilotage de ces briquesFungi are common microbial contaminants of indoor environments. Many studies have demonstrated their role in the partial or total degradation of materials they colonize such as building materials, or works of art. Moreover, those microbial contaminants are likely to lead to allergies, infections, poisoning or irritation. Since 2005, a new technique based on researching specific chemical tracers in the air, was developed and validated during different measurement campaigns. This approach is now applied to various indoor environments (houses, offices, schools, child care centers…) and allows the detection of recent and/or hidden contamination. The purpose of this work is to study and characterize a rapid and continuous air analysing microsystem for detection of fungal contamination in closed spaces. This study falls within the field of monitoring air microbiological quality in indoor environments. In addition to the time saved by the absence of any laboratory analysis, this system must provide a permanent monitoring of environments frequented by people, such as museums, schools, hospitals... This research is based both on the fungal detection method developed by CSTB and on scientific and technical expertise of ESIEE : specialised in design and manufacturing of miniaturized analysis systems obtained using microtechnology. The first step of this study was to define the compounds' nature to be detected for different cases of contamination along with the sampling strategy for the system. The second step focuses on the microstructures design and fabrication to be used in microanalytical system based on gas chromatography and the development of a miniaturised analysis system. So the first part of the study consisted in defining specific fungal contamination tracers for heritage conservation sites. This list allowed to reinforce a fungal contamination index for indoor environments and to define two specific indexes designed for heritage conservation sites. The validation of these different indexes allowed checking their compliance with those types of environments (castles, museums, libraries, decorated caves...) by detecting all cases of contamination, along with the control remediation of former contaminated environments. The second part of the study enabled the design and validation of three main modules constitutive of the microanalytical system based on gas chromatography. A miniaturised analysis system based on three modules has been developed
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Crattelet, Jonathan. "Conception et réalisation d'un microsystème pour la mesure d'encrassement organique, minéral et biologique dans les procédés - : intégration des régimes thermiques périodiques." Thesis, Toulouse, INSA, 2010. http://www.theses.fr/2010ISAT0028.
Full textAbstract:
Dans les industries de procédés, les opérations de pompage et de transformation sont fondamentales et omniprésentes. Durant ces opérations unitaires (incluant des transferts de chaleur, de matière et de quantités de mouvement), les produits évoluent (réactions chimiques et biochimiques, croissances microbiennes, traitements thermiques, etc.) induisant dans de nombreux cas des phénomènes d'encrassement avec des cinétiques et des intensités variables. Les recherches issues de l’INRA ont conduit à la mise au point d’un capteur d’encrassement basé sur une analyse thermique différentielle et locale. Ce dernier permet le contrôle en continu et en ligne du niveau d’encrassement d’un équipement et a été protégé par brevet. L’entreprise Neosens a acquis une licence d’exploitation exclusive sur ce brevet afin de développer et commercialiser le produit dont les limites sont maintenant connues.Dans ce travail, nous visons à atteindre deux objectifs majeurs en vue de répondre aux nouvelles problématiques posées. Le premier doit permettre la mise au jour d’un capteur d’encrassement en utilisant les technologies microsystèmes. Le second vise la validation d’un nouveau mode de fonctionnement et d’une méthode pour le contrôle de l’encrassement. Ce travail s'appuie naturellement sur les travaux antérieurs et les principales phases de recherche ont porté sur la conception, la réalisation et l'intégration d'éléments sensibles sur les bases technologiques des microsystèmes, l'intégration des régimes thermiques permanent et périodique associés au traitement en ligne du signal et à la validation expérimentale aux échelles laboratoire, pilote et industrielles des géométries et configurations nouvelles.Les travaux de recherche ont permis de fiabiliser et d’améliorer considérablement les performances métrologiques. Le microsystème réalisé apparaît comme complémentaire du capteur existant en termes de limites de détection et de quantificationIn industrial processes including agro and bioprocess, fouling is considered to be a complex and misunderstood phenomenon. Unit operations (including heat, mass and momentum transfers) are carried out in continuous, batch or fed-batch processes. During these operations, the products may evolve (chemical and biochemical reactions, microorganisms growth and activity, etc.) and fouling may occur with a wide range of kinetics from minutes up to years and dimensions from micrometers up to centimeters. Research issued from INRA led to develop a fouling sensor based on local differential thermal analysis and to patent this system. The device enables on-line and continuous monitoring of fouling propensity. Neosens company acquired an exclusive licence and develop and commercialize the sensor whose operating limits are known. In this work, our scientific and technological objectives are to break new locks through: (i) the realization of a fouling sensor based on microsystems technologies, (ii) the investigation and validation of an alternative thermal working mode and a method for fouling monitoring. Based on the previous work, our research deals with conception, realisation and integration of components based on microsystems technologies, integration of permanent and periodic thermal regimes with on-line data treatment and experimental validation at laboratory, pilot-plant and industrial scales for new geometries and configurations.This work led to metrology improvement and reliability. The resulting microsensor seems to be a complement of previous sensor regarding detection and quantification limits
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Paret, Jean-Marc. "Étude et mise au point de la méthodologie de conception et de fabrication collective de microsystèmes sur silicium." Grenoble INPG, 1997. http://www.theses.fr/1997INPG0015.
Full textAbstract:
La notion de microsysteme est nee avec la microelectronique, mais n'a jamais connu le meme essor. Les raisons de cette difference de developpement sont nombreuses : multiplicite des domaines a maitriser, complexite des circuits de traitement du signal necessaires, et surtout manque de procedes de fabrication standards. Jusqu'a nos jours, pour presque chaque circuit microsysteme concu puis realise, un procede de fabrication specifique a du etre developpe en laboratoire. En outre, en raison du manque de marche apparent pour ce type de composant, rares sont les applications qui ont pu etre industrialisees, les investissements necessaires etant trop importants. Les microsystemes sont donc, depuis leur naissance, restes des sujets de recherche en laboratoires, et n'ont pu connaitre de phase d'industrialisation. Le but de mon travail de recherche a ete l'utilisation des capacites et des competences offertes par l'industrie de la microelectronique (technologies de fabrication, outils et methodes de conception, de simulation et de test), pour concevoir et realiser des circuits microsystemes monolithiques. Grace au procede de gravure anisotropique du silicium monocristallin, il est possible d'obtenir des elements suspendus sur des micro-cavites a partir de puces fabriquees avec des technologies vlsi. Ces elements peuvent etre utilises pour realiser des fonctions micro-electro-mecaniques. Ce procede de gravure a ete etudie et caracterise, et des regles de dessin pour la conception et la fabrication de structures suspendues ont ete etablies. Un environnement de conception assistee par ordinateur, base sur le logiciel cadence, a de plus ete developpe, afin de rendre ce procede de fabrication accessible a tous les concepteurs.
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Nguyen, Huy Binh. "Conception et réalisation d'un accéléromètre convectif 3-axes en technologie CMOS." Thesis, Montpellier 2, 2013. http://www.theses.fr/2013MON20142/document.
Full textAbstract:
Des capteurs MEMS variés peuvent être fabriqués dans une technologie CMOS standard associée à une ou plusieurs étapes de gravure supplémentaires. Dans ce contexte, le micro-usinage du substrat par la face avant permet la fabrication de capteurs résistifs bas coût, basés sur des effets piezorésistifs ou thermiques, mais non optimaux en terme de bruit et de consommation. Cependant, au lieu d'envisager une optimisation technologique du procédé, ce travail s'est plutôt concentré sur le design du capteur et de son interface électronique afin d'améliorer les performances ci-dessus. L'objet de cette thèse est un accéléromètre convectif 3 axes basé sur une topologie initialement prévue pour des mesures suivant 2 axes, dans le plan de la puce, et utilisant une mesure de température différentielle. La mesure de l'accélération dans la direction perpendiculaire au plan de la puce, sans ajouter de structure supplémentaire, est donc étudiée ainsi que l'interface électronique associée. L'originalité de la mesure suivant ce 3ème axe réside dans la mesure de la température de mode commun de la structure existante. Cette étude est réalisée par l'intermédiaire de modélisations multi-physiques et électriques du capteur, de la conception et de la simulation de l'interface électronique et enfin de la caractérisation d'un prototype completIn the field of MEMS, various sensors can be manufactured using a standard CMOS technology and subsequent etching techniques. In this context, The Front-Side Bulk Micromachining (FSBM) approach allows the fabrication of low-cost resistive transducers based on either piezoresistive or thermal effects. Nevertheless, such fabrication method leads to non-optimized devices in terms of noise and power consumption. Instead of constraining fabrication technology, and in order to keep fabrication costs as low as possible, this work focuses on sensor design and electronic interfaces to address both issues. In this thesis, the device under study is a 3-axis CMOS thermal accelerometer. The sensor is based on a topology that was primarily introduced for 2-axis measurements only (in-plane acceleration, xy), using differential voltage across sensing thermistors. This work addresses the overall sensing performance by using dedicated front-end electronic and also investigates an opportunity to measure out-of-plane acceleration without the requirement of an additional device. The third axis (z) is provided by measuring a shift in the common-mode temperature, which is clearly an original approach. The study is carried out by means of both physical and electrical modeling of the transducer, electronic design and simulation, and prototype characterization
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Ortman, Robert L. "Sensory input encoding and readout methods for in vitro living neuronal networks." Thesis, Georgia Institute of Technology, 2012. http://hdl.handle.net/1853/44856.
Full textAbstract:
Establishing and maintaining successful communication stands as a critical prerequisite for achieving the goals of inducing and studying advanced computation in small-scale living neuronal networks. The following work establishes a novel and effective method for communicating arbitrary "sensory" input information to cultures of living neurons, living neuronal networks (LNNs), consisting of approximately 20 000 rat cortical neurons plated on microelectrode arrays (MEAs) containing 60 electrodes. The sensory coding algorithm determines a set of effective codes (symbols), comprised of different spatio-temporal patterns of electrical stimulation, to which the LNN consistently produces unique responses to each individual symbol. The algorithm evaluates random sequences of candidate electrical stimulation patterns for evoked-response separability and reliability via a support vector machine (SVM)-based method, and employing the separability results as a fitness metric, a genetic algorithm subsequently constructs subsets of highly separable symbols (input patterns). Sustainable input/output (I/O) bit rates of 16-20 bits per second with a 10% symbol error rate resulted for time periods of approximately ten minutes to over ten hours. To further evaluate the resulting code sets' performance, I used the system to encode approximately ten hours of sinusoidal input into stimulation patterns that the algorithm selected and was able to recover the original signal with a normalized root-mean-square error of 20-30% using only the recorded LNN responses and trained SVM classifiers. Response variations over the course of several hours observed in the results of the sine wave I/O experiment suggest that the LNNs may retain some short-term memory of the previous input sample and undergo neuroplastic changes in the context of repeated stimulation with sensory coding patterns identified by the algorithm.
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Kumar, Abhishek. "Development, characterization and experimental validation of metallophthalocyanines based microsensors devoted to monocyclic aromatic hydrocarbon monitoring in air." Thesis, Clermont-Ferrand 2, 2015. http://www.theses.fr/2015CLF22635/document.
Full textAbstract:
Résumé indisponibleThis PhD work is dedicated to investigate potentialities of phthalocyanines materials to realize a Quartz Crystal Microbalance (QCM) sensor for Benzene, Toluene and Xylenes (BTX) detection in air. The goal is to develop a sensor-microsystem capable of measuring BTX concentrations quantitatively below the environmental guidelines with sufficient accuracy. To achieve these objectives, our strategies mainly focused on experimental works encompassing sensors realization, sensing material characterizations, development of gas-testing facility and sensor testing for different target gases. One of the main aims is to identify most appropriate phthalocyanine material for sensor development. After comparative sensing studies, tert-butyl-copper phthalocyanine based QCM device is found as most sensitive and detail metrological characteristics are further investigated. Results show repeatable, reversible and high magnitude of response, low response and recovery times, sub-ppm range detection limit, high resolutions and combined selectivity of BTX gases among common atmospheric pollutants. Special focus is given to understand the gas/material interactions which are achieved by (a) XRD and SEM characterizations of sensing layers, (b) formalization of a two-step adsorption model and (c) assessing extent of diffusion of target gas in sensing layer. At last, possible ageing of sensor and suitable storage conditions to prevent such effect are investigated
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Tortissier, Grégory. "Étude et développement d’une plateforme de détection chimique à ondes acoustiques de surface pour environnement sévère haute température." Thesis, Bordeaux 1, 2009. http://www.theses.fr/2009BOR13859/document.
Full textAbstract:
Ces travaux ont donc visé le développement d’une plateforme complète de détection de gaz pour environnement sévère haute température. Cette plateforme intègre un dispositif à ondes acoustiques de surface sur substrat Langasite, une résistance chauffante, une couche sensible inorganique nanostructurée et est placée dans une enceinte hermétique. Des températures de l’ordre de 450°C ont été atteintes et des tests de cyclages ont démontré un fonctionnement en accord avec les modèles théoriques et une reproductibilité des mesures. Des tests de détection de composés organiques volatils (éthanol et toluène) ont mis en avant des seuils de détection de l'ordre de quelques ppmMeasuring pollutants concentrations in gas and vapors emissions are important environmental issues. This work presents a stand-alone portable device for high temperature assessment. The system includes a Langasite (LGS) acoustic sensor, a ceramic heater and a platform with RF connections for remote in-situ measurements. The packaging consists in a hermetic stainless steel cell which enables safe gas detection. In situ temperature measurements have been achieved and the thermal behavior was successfully investigated in the temperature range 25-450°C. The designed cell highlights good agreement with theoretical models and reproducibility of the measures. Volatile organic compounds exposures have been investigated and promising ppm level detections have been obtained
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Spinelle, Laurent. "Microsystèmes capteurs de gaz sélectifs au dioxyde d'azote associant structures semi-conducteurs et filtres chimiques (indigo ou/et nanomatériaux carbonés) destinés au contrôle de la qualité de l'air." Phd thesis, Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00741969.
Full textAbstract:
Ce manuscrit est consacré à l'étude et au développement de microsystèmes capteurs de gaz sélectifs au dioxyde d'azote, destinés au contrôle de la qualité de l'air atmosphérique. La stratégie que nous avons développée consiste à associer une structure sensible à base de matériaux semi-conducteurs partiellement sélectifs aux gaz oxydants et des filtres sélectifs à l'ozone. L'objectif premier est la mise en oeuvre et la caractérisation de matériaux chimiques strictement imperméables à l'ozone (O3) et non-réactifs vis-à-vis du dioxyde d'azote (NO2). Notre choix s'est focalisé sur un matériau moléculaire, l'indigo, connu pour sa réactivité vis-à-vis de O3, et plusieurs nanomatériaux carbonés. Pour ces derniers, la possibilité de conformer leurs textures, leurs morphologies et leurs chimies de surface par traitements thermiques, chimiques et mécaniques, permet d'étendre le panel de matériaux potentiels et d'identifier les facteurs d'influence de leur réactivité avec les espèces gazeuses. La caractérisation de l'ensemble de ces matériaux a nécessité l'utilisation de techniques adaptées et complémentaires (adsorption de N2 à 77 K, spectroscopies Raman, XPS, IR en mode ATR, RPE et NEXAFS). Les filtres chimiques les plus efficaces (hauts rendements de filtration et grande durabilité) ont été sélectionnés d'après des tests de soumission aux gaz selon une méthodologie adaptée. Enfin, l'association de ces meilleurs filtres et de la structure capteur a conduit à l'élaboration de prototypes microsystèmes capteurs de gaz optimisés. De plus, une contribution à la compréhension des mécanismes d'interaction de l'indigo et de certains nanocarbones avec O3 et NO2 a aussi permis d'améliorer le microsystème en développant des méthodologies pertinentes et innovantes mais également en réalisant la synthèse de nouveaux filtres indigo / nanocarbone.
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Boukabache, Hamza. "Etude et développement d'un noeud piézoélectrique intégré dans un micro-système reconfigurable : applications à la surveillance "de santé" de structures aéronautiques." Phd thesis, INSA de Toulouse, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00932251.
Full textAbstract:
Dans une aviation où la sécurité des vols est au cœur des préoccupations des constructeurs, le contrôle de santé des structures est l'un des nouveaux pôles majeurs de recherche et développement engagé par la communauté aéronautique depuis ces dix dernières années. Un système SHM (structural Heath monitoring) intégré aux structures avioniques (tels que le sont déjà les systèmes de monitoring des moteurs) permettrait de : * rendre l'aviation plus sûre et éviterait certains des accidents aériens ; * réduire les coûts de maintenance ; * alléger, à terme, le poids total car cela permettrait de d'éviter les sur-renforcements structuraux actuels. Le travail développé durant cette thèse, dans le cadre d'un projet industriel, concerne le développement de solutions exploitant l'utilisation de nœuds piezoélectriques au sein de microsystèmes reconfigurables dédiés à la détection de défauts dans des éléments de structure d'avion. L'exploitation de données issues de la génération/capture d'ondes de Lamb ainsi que des techniques se basant sur l'étude de l'impédance électromécanique du capteur ont été développées et étudiées sur différents types de défauts identifiés tels que cracks, corrosion etc... La méthode proposée repose sur la comparaison et l'évolution dans le temps de signatures de réseaux de capteurs utilisant l'effet piezoélectrique et placés sur des éléments choisis de structures avioniques. L'interface capteur-matériau a été spécialement étudiée afin de garantir le couplage le plus efficace possible. Les techniques de " monitoring " ainsi développées ont été testées sur des structures aéronautiques extraites d'ATR72 et des structures sandwichs en matériaux composites. Différentes solutions d'intégration de ces capteurs et nœuds ont été passées en revue et une démarche a été proposée, allant de l'architecture des effecteurs au conditionnement et à la transmission des signaux et informations d'intéret. Une nouvelle vision de l'électronique de détection de défauts, permettant de développer une instrumentation " universelle " de capteurs à travers une combinaison de circuits numériques/analogiques reconfigurables à entrées/sorties versatiles, a été implémentée et testée avec succès.
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Hireche, Chabha. "Etude et implémentation sur SoC-FPGA d'une méthode probabiliste pour le contrôle de mission de véhicule autonome Embedded context aware diagnosis for a UAV SoC platform, in Microprocessors and Microsystems 51, June 2017 Context/Resource-Aware Mission Planning Based on BNs and Concurrent MDPs for Autonomous UAVs, in MDPI-Sensors Journal, December 2018." Thesis, Brest, 2019. http://www.theses.fr/2019BRES0067.
Full textAbstract:
Les systèmes autonomes embarquent différents types de capteurs, d’applications et de calculateurs puissants. Ils sont donc utilisés dans différents domaines d’application et réalisent diverses missions simples ou complexes. Ces missions se déroulent souvent dans des environnements non déterministes avec la présence d’évènements aléatoires pouvant perturber le déroulement de la mission. Il est donc nécessaire d’évaluer régulièrement l’état de santé du système et de ses composants matériels et logiciels dans le but de détecter les défaillances à l’aide de réseaux Bayésiens. Par la suite, une décision est prise par le planificateur de mission en générant un nouveau plan de mission assurant la continuité de la mission en réponse à l’événement détecté. Cette décision est prise à l’aide du modèle Markov Decision Process en fonction de contraintes telles que l’objectif de la mission, l’état de santé des capteurs et des applications embarqués, la stratégie de réalisation de la mission ‘stratégie safety’ ou ‘stratégie mission first’, etc. Comme les systèmes autonomes exécutent différentes tâches qui demandent différentes performances, il est nécessaire de penser à l’utilisation d’accélérateurs matériels sur SoC-FPGA dans le but de répondre aux contraintes de calculs hautes performances et décharger le CPU si besoinAutonomous systems embed different types of sensors, applications and powerful calculators. Thus, they are used in different fields of application and perform various simple or complex tasks. Generally, these missions are executed in nondeterministic environments with the presence of random events that can affect the mission's progress. Therefore, it is necessary to regularly assess the health of the system and its hardware and software components in order to detect failures using Bayesian Networks.Subsequently, a decision is made by the mission planner by generating a new mission plan that ensures the mission in response to the detected event. This decision is made using the Markov Decision Process model based on constraints such as the mission objective, the health status of sensors and embedded applications, the mission policy "safety policy" or "mission first policy", etc. As autonomous systems perform different tasks that require different performance, it is necessary to consider the use of hardware accelerators on SoC-FPGA in order to meet high-performance computing constraints and unload the CPU if needed
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Santos, Filipe Vinci dos. "Techniques de conception pour le durcissement des circuits intégrés face aux rayonnements." Grenoble 1, 1998. http://www.theses.fr/1998GRE10208.
Full textAbstract:
Les microsystèmes sont le dernier développement de la microélectronique. Leur apparition ouvre des possibilités révolutionnaires dans plusieurs domaines d'application, dont l'exploitation de l'espace. L'utilisation des microsystèmes dans l'espace se heurte au problème de l'exposition à la radiation, notamment pour la partie électronique. Cet obstacle a été surmonte dans le passe par la mise en place de filières de fabrication résistantes (durcies) aux effets de la radiation. Le rétrécissement des budgets militaires a provoqué la disparition de la plupart des technologies de fabrication durcies, ce qui est en train de pousser les constructeurs vers l'emploi de technologies commerciales standard (COTS). L'objectif de cette thèse a été d'investiguer des techniques de conception pour le durcissement d'un microsystème fabrique par une technologie COTS. Le microsystème en question est un capteur de rayonnements infrarouges base sur des thermopiles en silicium, suspendues par une étape de micro-usinage en volume par la face avant. Les éléments pertinents des différents domaines de connaissance impliques sont passés en revue, avec une analyse des techniques de durcissement applicables à la construction de l'électronique de lecture en technologie CMOS. Un programme de caractérisation expérimentale a été réalisé, et il a permis d'établir le niveau de sensibilité de la technologie aux rayonnements et l'efficacité des techniques de durcissement développées. Les très bons résultats obtenus ont permis de passer à la réalisation de la chaine de lecture du capteur, qui a été fabriquée, caractérisée et qualifiée pour l'espace.
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Chodavarapu, Vamsy. "Integrated CMOS sensor microsystems for biochemical monitoring." 2006. http://proquest.umi.com/pqdweb?did=1184163971&sid=8&Fmt=2&clientId=39334&RQT=309&VName=PQD.
Full textAbstract:
Thesis (Ph.D.)--State University of New York at Buffalo, 2006.Title from PDF title page (viewed on Feb. 22, 2007) Available through UMI ProQuest Digital Dissertations. Thesis adviser: Cartwright, Alexander N. Includes bibliographical references.
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Bolaños, Quiñones Vladimir Andres. "Rolled-up Microtubular Cavities Towards Three-Dimensional Optical Confinement for Optofluidic Microsystems." Doctoral thesis, 2014. https://monarch.qucosa.de/id/qucosa%3A20309.
Full textAbstract:
This work is devoted to investigate light confinement in rolled-up microtubular cavities and their optofluidic applications. The microcavities are fabricated by a roll-up mechanism based on releasing pre-strained silicon-oxide nanomembranes. By defining the shape and thickness of the nanomembranes, the geometrical tube structure is well controlled.
Micro-photoluminescence spectroscopy at room temperature is employed to study the optical modes and their dependence on the structural characteristics of the microtubes. Finite-difference-time-domain simulations are performed to elucidate the experimental results. In addition, a theoretical model (based on a wave description) is applied to describe the optical modes in the tubular microcavities, supporting quantitatively and qualitatively the experimental findings.
Precise spectral tuning of the optical modes is achieved by two post-fabrication methods. One method employs conformal coating of the tube wall with Al2O3 monolayers by atomic-layer-deposition, which permits a mode tuning over a wide spectral range (larger than one free-spectral-range). An average mode tuning to longer wavelengths of 0.11nm/ Al2O3-monolayer is obtained. The other method consists in asymmetric material deposition onto the tube surface. Besides the possibility of mode tuning, this method permits to detect small shape deformations (at the nanometer scale) of an optical microcavity.
Controlled confinement of resonant light is demonstrated by using an asymmetric cone-like microtube, which is fabricated by unevenly rolling-up circular-shaped nanomembranes. Localized three-dimensional optical modes are obtained due to an axial confinement mechanism that is defined by the variation of the tube radius and wall windings along the tube axis.
Optofluidic functions of the rolled-up microtubes are explored by immersing the tubes or filling their core with a liquid medium. Refractive index sensing of liquids is demonstrated by correlating spectral shift of the optical modes when a liquid interacts with the resonant light of the microtube. In addition, a novel sensing methodology is proposed by monitoring axial mode spacing changes. Lab-on-a-chip methods are employed to fabricate an optofluidic chip device, allowing a high degree of liquid handling. A maximum sensitivity of 880 nm/refractive-index-unit is achieved. The developed optofluidic sensors show high potential for lab-on-a-chip applications, such as real-time bio/chemical analytic systems.
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Carmo, João Paulo Pereira. "RF CMOS transceiver a 2.4 GHz para microsistemas em redes de sensores sem fios." Doctoral thesis, 2007. http://hdl.handle.net/1822/6390.
Full textAbstract:
Tese de Doutoramento em Engenharia Electrónica IndustrialEsta tese descreve o projecto, fabrico e teste de um RF CMOS transceiver para comunicações sem fios de curta distância. O RF CMOS transceiver foi projectado para operar na banda ISM de 2.4 GHz. Utilizou-se a tecnologia RF CMOS de 0.18 µm da UMC, pois podem-se integrar as indutâncias, os condensadores e as resistências. Além disso, esta tecnologia permite uma alimentação de apenas 1.8 V. Isto torna-a adequada ao fabrico de microssistemas de baixo consumo e dimensões reduzidas. O emissor foi projectado para uma potência máxima na antena de 1 mW (0 dBm). O amplificador de potência (Power Amplifier – PA) pode ser controlado, para variar-se a potência na antena entre quatro valores: 0.28 mW, 1.01 mW, 1.21 mW e esligado. Os consumos no emissor e no amplificador de potência são de 13.6 mW e de 8 mW, respectivamente. O receptor possui uma sensibilidade de -60 dBm, e utiliza como método de desmodulação, a detecção por envolvente. O amplificador de baixo ruído consome 3.6 mW. O receptor é composto ainda, por um pós-amplificador e por um detector de envolvente, cujos consumos são de 2.1 mW e de 0.12 mW, respectivamente. O consumo total do receptor é de 6.3 mW. Para um afastamento de dez metros, as especificações do RF CMOS transceiver garantem uma probabilidade de erro inferior a 10-6, mesmo quando a transmissão ASK é feita ao débito binário máximo de 250 kbps. Para tornar a integração do RF CMOS transceiver o mais completa possível, incluíu-se no projecto, um switch que liga o receptor e o emissor à antena. O switch apresenta perdas inferiores a 1.3 dB, e um isolamento mínimo de 41.5 dB. O RF CMOS transceiver possui sinais de controlo que ligam e desligam o emissor e receptor. Isto permite a programação de protocolos eficientes em termos de gestão de energia para redes de sensores sem fios. O EEG sem fios e a camisa electrónica para monitorização de pacientes em risco, constituem exemplos de aplicações biomédicas, para microssistemas que utilizem o RF CMOS transceiver desenvolvido. Permitem ainda, o uso do método plug-in-play.
This thesis describes the design, fabrication and test of a RF CMOS transceiver for short-range wireless microsystems. This RF CMOS transceiver was designed to operate in the 2.4 GHz ISM band. The fabrication process used is the UMC RF 0.18 µm CMOS (it has a poly and six metal layers, allowing the use of integrated spiral indutors - with a reasonable quality factor) with low-power supply of 1.8 V. These features match the short-range wireless microsystems requirements, e.g., full on-chip solution with low-power/low-voltage in small-size devices. The transmitter was designed to deliver a maximum power of 1 mW (0 dBm) to the antenna. It is possible to have four different RF powers: 0.28 mW, 1.01 mW, 1.21 mW and switched-off. When active, the power consumptions of the transmitter and the power amplifier (PA) are 13.6 mW and 8 mW, respectively. The receiver adopts a direct demodulation through envelope detection. This is enough to achieve a bit error probability less that 10-6 with a sensibility of -60 dBm, for a transmitted power of 0 dBm using ASK modulation. These specifications allow data transmissions with distances up to ten meters and for data-rates up to 250 kbps. The power consumption of the low-noise amplifier (LNA) is 3.6 mW. The LNA is followed by a post-amplifier and an envelope detector, with power consumptions of 2.1 mW and 0.12 mW, respectively. The receiver has a total power consumption of 6.3 mW. It was included an antenna-switch in the design. This improves the full on-chip solution. The switch has a maximum transmission-loss of 1.3 dB and a minimum isolation of 41.5 dB. Innovative topics concerning efficient power management was taken into account during the design of the RF CMOS transceiver. It consists of control signals, used to enable or disable the several subsystems of the RF CMOS transceiver. The applications, using this RF CMOS transceiver in complete microsystems, include wireless EEG (electroencephalogram) modules plug-in-play and smart electronic shirts based on wireless sensor networks.
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Chang, Chih-Wei, and 張志瑋. "Development of Neural Recording Sensors and Electronics for Microsystem Integration." Thesis, 2011. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/42651053016755217115.
Full textAbstract:
博士國立交通大學
電控工程研究所
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In this dissertation, versatile neural sensors and electronics are developed for biomedical microsystems integration. Presented devices include (1) MEMS surface mounted dry electrode (MDE), which provides superior low interface impedance performance. Alternative diamond-shaped MDE and transparent MDE for self-stability enhancement and PDT applications are also reported. (2) Flexible gird electrode array using parylene-C as structure is fabricated for ECoG recording with in-vivo auditory response recording in rat. (3) Stacked three dimensional (3D) microprobe array developed for implantable neural recording provides simple process, solid structure with possibility for system integration, design flexibility and volume usage efficiency. The neural signal data acquired by the 3D array achieves the recording and mapping of the neural signal network and interconnections among the target brain structure, which allows further studies for event-related observation. (4) Wireless RF-powering electronics, which is designed for implantable biomedical microsystem applications. Miniaturized spiral coils as a wireless power module and low-dropout linear regulator circuit convert RF signal into DC voltage for batteryless applications. (5) 16-channel analog front end neural amplifier is introduced for biopotential conditioning, which offers technical merits of reduced supply voltage, sufficient low power per channel and reasonable low noise performance, yet offers integration with micro controller unit and Bluetooth modules for conceptual biomedical microsystem representation. Proposed sensors and electronics provide versatile neural recording and key component realization in microsystem design, as well as achieving the development of biomedical prosthesis applications by integrating with commercial modules.
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Silva, Cátia Samanta Ribeiro. "Polymeric microsensors using microtechnologies." Doctoral thesis, 2016. http://hdl.handle.net/1822/42537.
Full textAbstract:
Tese de Doutoramento - Programa Doutoral em Ciência e Engenharia de Polímeros e CompósitosThe work present here aims to combine advanced and specialized polymeric materials and microtechnologies with silicon based microtechnologies to develop an innovative concept for a thermal convective accelerometer with improved performance while also overcoming existing limitations. Thermal convective accelerometers have a transduction mechanism based in heat transfer by convection over a working fluid. The thermal accelerometer is a relatively recent technology and although research focused in improving many properties, parameters and processing techniques, thermal accelerometers still present some drawbacks regarding the power consumption caused by thermal losses through the fabrication material (typically silicon based) and limited third sensing dimension (planar silicon based microtechnologies). New developments towards the optimization of the existing thermal accelerometers may limit the power consumption and allow an easy integration of a Z-axis sensitive dimension. The methodology from the development of a concept to the actual fabrication and characterization requires a series of steps that need to be followed in a sequential way, namely: design and simulation analysis of the device concept (considering the electrical, thermal and fluidic domains), based on CAD and FEM techniques (using a FSI approach); development (project and simulation analysis) of tools based on CAD and CFD techniques; definition and optimization of a fabrication methodology (combination of polymeric and silicon based microtechnologies); and a full characterization of the fabricated device (sensitivity, bandwidth, dynamic range, and power). A three-axes thermal convective accelerometer was fully manufactured containing two main components: a polymeric based external structure fabricated my means of microinjection moulding technology that generates an isolated chamber from outside influences while supporting the second component, a polymeric flexible membrane that sustains and protects the metallic heating and sensing elements fabricated by microtechnologies. The proposed solution for the fabrication of a three-dimensional polymer based thermal accelerometer based in convection is innovative and the main contribution will be the use of polymeric materials not commonly used in microsystem technology and in electronic and instrumentation systems that are suitable to solve the main problems related to the current stateof- art of thermal accelerometers. Fabricated accelerometers were fully tested and characterized presenting a XY-axes sensitivity around 8 mV/g, a Z-axis sensitivity of 2.2 mV/g, and a 4 Hz bandwidth for a power of 45 mW. Thermal tests performed show that the heater can sustain up to 280 ºC without overheating the remaining structures and damaging the device. The developed technology has huge potential for functional highly complex threedimensional geometries at the micro-scale.
O trabalho aqui apresentado tem como intuito combinar materiais e microtecnologias poliméricas avançadas e especializadas com microtecnologias à base de silício para o desenvolvimento de um conceito inovador para um acelerómetro térmico convectivo com um desempenho melhorado superando também as limitações existentes. Os acelerómetros térmicos convectivos tem um mecanismo de transdução baseado na transferência de calor por convecção através de um fluído funcional. O acelerómetro térmico é uma tecnologia relativamente recente e embora os estudos científicos se tenham focado na otimização de diversas propriedades, parâmetros e técnicas de processamento, os acelerómetros térmicos ainda apresentam algumas desvantagens relativas ao consumo energético provocado pelas perdas térmicas através do material de fabrico (normalmente à base de silício) e também uma terceira dimensão sensível limitada (microtecnologias planares à base de silício). Novos desenvolvimentos no sentido da otimização dos existentes acelerómetros térmicos podem limitar o consumo energético e permitir uma integração mais fácil da dimensão sensível do eixo dos ZZ. A metodologia desde o desenvolvimento do conceito até à atual fabricação e caracterização requere uma série de etapas que necessitam de ser seguidas de uma forma sequencial, nomeadamente: projeto e análise por simulação do conceito do dispositivo (considerando os domínios elétrico, térmico, e fluídico), com base em técnicas CAD e FEM (através de uma abordagem FSI); desenvolvimento (projeto e análise por simulação) de ferramentas com base em técnicas CAD e CFD; definição e otimização de uma metodologia de fabrico (combinação de microtecnologias de polímeros com microtecnologias à base de silício); e uma caracterização completa do dispositivo fabricado (sensibilidade, largura de banda; gama dinâmica, e energia). Um acelerómetro térmico convectivo com três eixos foi inteiramente fabricado contendo dois componentes principais: uma estrutura externa à base de polímeros fabricada através da tecnologia de moldação por microinjeção gerando uma câmara isolada de influências externas que suporta o segundo componente, uma membrana polimérica flexível que sustem e protege os elementos metálicos de aquecimento e sensoriais fabricados por microtecnologias. A solução proposta para o fabrico de um acelerómetro térmico polimérico tri-dimensional baseado em convecção é inovativa e a principal contribuição consiste no uso de materiais poliméricos não comumente utilizados na tecnologia de microsistemas e na electrónica e instrumentação de sistemas que são adequados para solucionar os principais problemas relacionados com o atual estado da arte dos acelerómetros térmicos. Os acelerómetros fabricados foram testados e caracterizados apresentando uma sensibilidade de cerca de 8 mV/g para os eixos XY e 2.2 mV/g para o eixo ZZ, e uma largura de banda de 4 Hz para uma energia de 45 mW. Foram realizados testes térmicos demonstrando que a resistência de aquecimento consegue suportar até 280 ºC sem sobreaquecimento das restantes estruturas e sem danificar o dispositivo. A tecnologia desenvolvida apresenta um grande potencial para geometias tri-dimensionais altamente complexas e funcionais à escala micro.
Portuguese Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT), for the financial support under the PhD scholarship SFRH/BD/78372/2011). The work was supported by FEDER through COMPETE and national funds through FCT in the framework of the project PTDC/EEA-ELC/099834/2008. The author would like to acknowledge the doctoral program in Science and Engineering of Polymers and Composites for supporting this work.
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Lin, Po-Jung, and 林伯融. "A Resistance Welding Method with in-situ Temperature Sensors for Microsystem Packaging." Thesis, 2016. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/k65mst.
Full textAbstract:
碩士國立交通大學
機械工程系所
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This paper proposed several methods to improve the bounding property of a wafer-level packaging technology which was proposed by our research team previously. The bounding method employed in this technology is to use the conventional resistance welding to facilitate the process of transient-liquid-phase (TLP) bonding, which forms inter-metallic compounds to bound two wafers together. The advantages of this packaging technology are as follows. First, the bounding surface need not to be cleaned or flattened in advance. Second, it is a local-heating process so that IC and MEMS devices would not be damaged by the elevated bounding temperature. Third, this method does not need additional micro-heater. The space and fabrication complexity can be reduced. Finally, it can integrate the through-silicon-via (TSV) technology to implement the connection between IC devices and MEMS devices. Besides, the bounding pads can be exposed for the wafer-level testing. In the previously study, our research team used ring type bounding structure. Unfortunately, the results show that the bounding property can be easily affected by the process variation, In this research, we used solid square to replace the ring type structure. Besides, we design in-situ temperature sensors to monitor the temperature of the bounding process. The experiments were conducted both under vacuum and atmosphere to observe the influence of the environment. Lastly, we used SEM and EDAX to exam the bounding surface, and traction machine to test the bounding force. According to the experimental results, we found that the fabricated temperature sensors have higher sensitivity than the conventional born-doped polysilicon film because of its Schottky diode interface. The resistance welding method can successfully implement the TLP bounding with temperature of 230~300C. The bounding property is better in the vacuum than in the atmosphere due to the generation of metal oxide during the bounding process. Lastly, the stretching test indicates that the failure happens at the oxide and Ti interface, but not at the intended bounding surface.
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Goy, J. "Etude, conception, et réalisation d'un capteur d'image APS en technologie standard CMOS pour des applications faible flux de type viseur d'étoiles = Study, conception and fabrication of an APS image sensor in standard CMOS technology for low light level applications such as star trackers." Phd thesis, 2002. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00002934.
Full textAbstract:
Dans le domaine des capteurs d'image est apparu récemment la technologie dite de "capteurs CMOS" ou APS (Active Pixel Sensor) qui intègre à l'intérieur de chaque pixel quelques transistors MOS chargés d'amplifier et de conduire le signal le long de lignes de métal parcourant l'ensemble de la zone image. Le domaine spatial en particulier s'intéresse à cettetechnologie du fait qu'elle est moins sensible aux radiations que les capteurs CCD, et qu'elle atteint à présent des coûts et des niveaux de bruit de lecture satisfaisants. Cette thèse explore les améliorations
qui peuvent être apportées aux capteur CMOS traditionnels afin de les rendre plus proches des contraintes requises pour l'utilisation spatiale. Ces améliorations concernent notamment l'étude de la partie photosensible (photodiode ou photoMOS), le choix d'une architecture de pixel permettant d'augmenter son gain intrinsèque tout en réduisant son bruit de lecture,
et la réalisation d'un système de balayage de la matrice avec possibilité de fenêtrage et de temps d'exposition programmable. Dans ce cadre, plusieurs solutions ont été fabriquées et testées, et les conclusions permettent de dresser une large vision des avantages et des inconvénients de chaque type de capteur.
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Ho, Derek. "CMOS Contact Imagers for Spectrally-multiplexed Fluorescence DNA Biosensing." Thesis, 2013. http://hdl.handle.net/1807/35849.
Full textAbstract:
Within the realm of biosensing, DNA analysis has become an indispensable research tool in medicine, enabling the investigation of relationships among genes, proteins, and drugs. Conventional DNA microarray technology uses multiple lasers and complex optics, resulting in expensive and bulky systems which are not suitable for point-of-care medical diagnostics. The immobilization of DNA probes across the microarray substrate also results in substantial spatial variation. To mitigate the above shortcomings, this thesis presents a set of techniques developed for the CMOS image sensor for point-of-care spectrally-multiplexed fluorescent DNA sensing and other fluorescence biosensing applications.
First, a CMOS tunable-wavelength multi-color photogate (CPG) sensor is presented. The CPG exploits the absorption property of a polysilicon gate to form an optical filter, thus the sensor does not require an external color filter. A prototype has been fabricated in a standard 0.35μm digital CMOS technology and demonstrates intensity measurements of blue (450nm), green (520nm), and red (620nm) illumination.
Second, a wide dynamic range CMOS multi-color image sensor is presented. An analysis is performed for the wide dynamic-range, asynchronous self-reset with residue readout architecture where photon shot noise is taken into consideration. A prototype was fabricated in a standard 0.35μm CMOS process and is validated in color light sensing. The readout circuit achieves a measured dynamic range of 82dB with a peak SNR of 46.2dB.
Third, a low-power CMOS image sensor VLSI architecture for use with comparator based ADCs is presented. By eliminating the in-pixel source follower, power consumption is reduced, compared to the conventional active pixel sensor. A 64×64 prototype with a 10μm pixel pitch has been fabricated in a 0.35μm standard CMOS technology and validated experimentally.
Fourth, a spectrally-multiplexed fluorescence contact imaging microsystem for DNA analysis is presented. The microsystem has been quantitatively modeled and validated in the detection of marker gene sequences for spinal muscular atropy disease and the E. coli bacteria. Spectral multiplexing enables the two DNA targets to be simultaneously detected with a measured detection limit of 240nM and 210nM of target concentration at a sample volume of 10μL for the green and red transduction channels, respectively.