Conception d’un capteur MEMS télé-interrogeable à très faible consommation

L’objectif de la thèse consiste à développer une antenne chargée par un MEMS RF, et de détecter ainsi à distance la fréquence de résonance mécanique du MEMS. Le MEMS sera constitué d’une poutre métallique, qu’il sera possible de fonctionnaliser pour détecter des gaz, des agents chimiques ou encore des substances biologiques.
Par le passé, plusieurs groupes de recherche ont démontré la possibilité de détecter très finement des substances chimiques à l’aide de MEMS, mais la lecture des données s’effectue toujours à l’aide d’une station sous pointes, ou par l’intermédiaire d’une électronique associée complexe, et gourmande en énergie. Ainsi, l’intégration de tels détecteurs est relativement compliquée, nécessite une alimentation électrique, et éventuellement un module radio complet, pour pouvoir effectuer une lecture du capteur à distance.
L’approche proposée est radicalement différente, et vise à simplifier au maximum la lecture sans fil du capteur. L’idée de départ consiste à détecter l’effet non linéaire d’une capacité MEMS sur la réponse d’une antenne passive, lorsqu’elle est soumise à un signal RF. Cette technique n’a jamais été utilisée pour détecter la fréquence de résonance d’un composant MEMS.
Après une étude bibliographique, l’étude débutera par l’adaptation d’un modèle de MEMS RF non linéaire, développé au laboratoire, à un composant à très basse tension de commande, et très sensible aux effets non linéaires.
Ce modèle sera inclus dans la simulation électromagnétique d’une antenne résonante (patch ou fente), que nous placerons à l’extrémité d’un guide d’onde rectangulaire, pour pouvoir effectuer des tests rapidement, et simplifier l’étude dans le cadre du stage.
Le capteur sera soumis à un signal RF modulé en amplitude à la fréquence ωm, et réfléchira un signal modulé à 2 ωm, lorsque la fréquence de modulation sera égale à sa fréquence de résonance. Les effets du coefficient de surtension mécanique du MEMS, de l’amplitude du signal d’interrogation, de la température seront étudiés en détail via les simulations EM.
Nous pourrons aborder dans un dernier temps une phase plus expérimentale, et effectuer un premier montage, pour valider les simulations.
A plus long terme, les applications de tels capteurs sont très nombreuses dans les domaines de l’aéronautique, de la médecine, et de la sécurité.

Le travail se déroulera en coopération étroite avec l’Université Polytechnique de Valence en Espagne, dans le cadre d’un programme de coopération européen Hubert Curien. Plusieurs séjours du doctorant sont prévus dès Septembre 2010, les frais de déplacement (Voyage + Logement) seront couverts par le programme européen.

Contact: Pierre Blondy

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