Download or read book Conception fabrication et caract risations de transducteurs capacitifs micro usin s pour l imagerie ultrasonore written by Stanislas Clatot and published by . This book was released on 2007 with total page 122 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: La possibilité d'exciter et de détecter des ondes acoustiques dans les fluides en utilisant des transducteurs ultrasonores capacitifs micro-usinés (cMUT) en silicium mis en oeuvre grâce aux techniques de fabrication en salle blanche offre l'opportunité de réaliser des sondes d'imagerie ultrasonores très large bande à bas coût. Les cMUT utilisent le premier mode de flexion permettant en effet une bande passante supérieure à 100%. Avec ce travail, nous montrons la conception, la fabrication et le test d'une structure cMUT fondée sur une fine membrane de silicium oblongue permettant de correspondre au mieux avec nos simulations 2D. Nous utilisons un logiciel de simulation éléments finis/éléments de frontières développé au laboratoire et une comparaison entre les simulations 2D et 3D est présentée. Un procédé de fabrication original est développé et présenté de manière complète, exploitant les techniques de salle blanche telle que le collage anodique et l'utilisation de SOI. Plusieurs problèmes liés à l'approche développée sont mis en évidence et résolus notamment au niveau de l'élaboration de couches de protection diélectrique ou l'amélioration de l'état de surface de matériaux gravés. Différents paramètres du transducteur sont mesurés dans l'air et dans l'eau et comparés aux résultats calculés, notamment la fréquence de résonance et l'existence de modes parasites. Ce travail permet en outre de montrer la limite des approximations bidimensionnelles par rapport au dispositif expérimental, surtout en ce qui concerne ces modes parasites, prévu eux par les simulations 3D au prix d'un effort de simulation important. D’autres MUTs sont présentés avec leurs procédés de fabrication et quelques caractérisations appartenant à certains membres du projet européen dans lequel s'inscrit cette thèse, permettant d'offrir une vision synthétique des différentes approches possibles pour la réalisation de tels transducteurs.

Download or read book Conception et optimisation de transducteurs capacitifs micro usin s appliqu s l imagerie ultrasonore written by Maxime Hery and published by . This book was released on 2019 with total page 0 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Les Transducteurs Ultrasonores Capacitifs Micro-usinés (CMUT en anglais) sont étudiés par plusieurs laboratoires internationaux depuis les années 90. Se présentant comme une alternative aux transducteurs traditionnels piézoélectriques, cette technologie inspirée des MEMS (MicroElectroMechanical Systems) a aujourd'hui atteint la maturité suffisante pour voir émerger sa commercialisation. Dans son application historique, l'imagerie médicale, de nombreux acteurs industriels proposent des sondes CMUTs, comme Hitachi, Kolo Medicals ou Butterfly Network pour n'en citer que quelques uns. La recherche autour de ces dispositifs continue néanmoins à travers des études sur la conception, la modélisation, la fabrication ou pour de nouvelles applications. À travers le projet collaboratif TUMAHI (Transducteurs capacitifs Ultrasonores Multi-Application Hautement Intégrés) entre le laboratoire GREMAN et la société VERMON S.A, deux axes d'optimisation ont été étudiés. Le premier objectif consistait à créer et valider expérimentalement une stratégie de conception d'éléments CMUTs pour optimiser la réponse électroacoustique sur la bande passante ou la sensibilité. La principale contrainte était de définir des degrés de liberté et des paramètres fixes pour fabriquer des barrettes CMUTs pour diverses applications et fréquences de travail sur un même wafer. Par l'intermédiaire d'un dispositif centré à 10 MHz pour de l'imagerie médicale, nous avons fait varier les tailles de membranes pour posséder une configuration Large Bande et une configuration Sensible. Une campagne de mesures de pression a été effectuée avec les sondes complètes et prêtes à l'emploi pour valider les critères de conception établis. L'analyse poussée a néanmoins souligné que la démarche de conception pour une sonde CMUT la plus efficace était d'optimiser la fréquence de résonance du premier mode de rayonnement pour qu'elle coïncide avec la fréquence de travail désirée. La seconde étude était focalisée sur la couche de passivation, couche de protection pour les éléments CMUTs traditionnellement conçue en polymère silicone, et visait à implémenter son impact dans les outils de modélisation avec un nouveau modèle de couplage CMUT / matériau viscoélastique. Une fonction de Green en trois dimensions a été utilisée en définissant des équivalences entre propriétés élastiques et viscoélastiques et validée théoriquement avec des problèmes de Lamb 2D et 3D complémentaires. Une confrontation avec des résultats expérimentaux a été engagée en créant une série d'huiles avec des viscosités variables et en excitant des colonnes CMUTs découplées électriquement pour viser un mode de rayonnement plus sensible aux propriétés de cisaillement du milieu. L'influence de la viscosité a été identifiée à travers la variation de la fréquence centrale et du facteur de qualité sur l'impédance électrique mesurée et simulée, posant la base d'une étude de viabilité de la technologie CMUT pour un capteur sensible viscoélastique. La considération de la couche de passivation a permis de retrouver un comportement équivalent à la réalité mais nécessite une base de données complète sur les propriétés viscoélastiques des matériaux dans le domaine ultrasonore pour être présente dans les étapes de conception d'un transducteur CMUT.

Download or read book Mod lisation conception et caract risation de transducteurs ultrasonores capacitifs micro usin s written by Cyril Meynier and published by . This book was released on 2012 with total page 0 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: La transduction électrostatique est utilisée depuis plusieurs décennies dans les fréquences du domaine audible, principalement sous la forme de microphones membranaires. La transposition du même principe de transduction, mais dans un domaine de fréquence au-dessus du MHz, et par l'utilisation de dispositifs micro-usinés, c'est-à-dire produits à l'aide de technologies de photolithographie, a été proposée à partir de la fin des années 1990. Ces transducteurs, désignés sous l'acronyme cMUT (capacitive micromachine ultrasonic transducers), se composent d'un assemblage de transducteurs élémentaires, chacun possédant une partie mobile conventionnellement appelée diaphragme ou membrane, actionnée par la pression électrostatique. Cette thèse s'inscrit dans le développement de transducteurs de ce type destinés au domaine de l'imagerie médicale ultrasonore. Ce secteur d'application utilise actuellement des transducteurs basés sur des céramiques (ou, dans certains cas précis, des polymères) piézoélectriques. Le cMUT est intéressant dans certains sous-domaines d'application des ultrasons médicaux en raison de sa bonne adaptation à une production en grande série, de son intégration plus facile avec des éléments électroniques, de son faible échauffement et de l'absence de matériaux toxiques dans son processus de fabrication. La partie théorique de cette thèse repose sur une approche de modélisation par différences finies. Un modèle basé sur la théorie des plaques minces est développé pour prendre en compte la mécanique du transducteur élémentaire cMUT (c'est-à-dire d'un seul diaphragme). Ce modèle est ensuite complété par l'intégration de l'effet d'un chargement acoustique par un fluide. De façon à modéliser un transducteur entier, il est nécessaire de prendre en compte le couplage acoustique existant entre les différentes membranes. Pour rendre cela possible, un circuit équivalent, permettant de réduire chaque membrane à un système à un seul degré de liberté, est développé. Il est validé en le comparant au modèle de différences finies dans des cas où celui-ci peut être utilisé. Les travaux expérimentaux ont fait appel principalement aux deux techniques de caractérisation suivantes : les mesures d'impédance électrique, et les mesures de déplacement effectuées par interférométrie laser. Ces mesures ont été utilisées dans une double optique. D'une part, dans un objectif de caractérisation, ils ont permis de vérifier la fonctionnalité des dispositifs fabriqués et d'évaluer leurs performances. D'autre part, en comparant différentes configurations entre elles, ils ont rendu possible une validation expérimentale du modèle qui a été mis au point.

Download or read book M thodes et outils pour la fabrication de transducteurs ultrasonores en silicium written by Mohamed Lamine Fayçal Bellaredj and published by . This book was released on 2013 with total page 168 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: L’utilisation des ultrasons pour l’imagerie présente plusieurs avantages : elle est extrêmement sure car elle n'utilise pas de radiations ionisantes et ne présente pas d'effets néfastes sur la santé. D’autre part, elle donne des résultats d’excellente qualité avec un coût relativement faible. Historiquement, les matériaux piézoélectriques et leurs composites ont été très tôt utilisés pour la génération d’ultrasons. Les transducteurs fabriqués à partir de ces matériaux dominent actuellement le marché des sondes ultrasonores. Cependant, pour certaines applications, ils ne peuvent pas être utilisés pour des raisons de dimensionnement et de limitations dues aux propriétés des matériaux. Une solution peut être apportée par l’utilisation des transducteurs ultrasonores capacitifs micro-usinés dits CMUTs. Ces derniers suscitent un intérêt croissant dans le milieu de l’imagerie ultrasonore et sont considérés comme une alternative potentielle et viable aux transducteurs piézoélectriques. Cette nouvelle technologie CMUTs est caractérisée par uneplus large bande passante, une sensibilité élevée, une facilité de fabrication et une réduction des coûts de production. Cette thèse est consacrée à la mise en place d’un certain nombre d’outils théoriques et expérimentaux permettant lamodélisation/conception, la fabrication et la caractérisation de transducteurs CMUTs à membrane circulaire pour l’émission des ultrasons. Nous commençons par développer des outils de simulation à base de calculs par éléments finis, permettant la compréhension et la modélisation du comportement électromécanique des CMUTs pour laconception et le dimensionnement des cellules élémentaires et des réseaux. Nous proposons par la suite un nouveau procédé de fabrication de transducteurs CMUTs basé sur le collage anodique d’une couche de silicium mono cristallin d’épaisseur fixe d’une plaquette de SOI sur un substrat de verre. L’évolution du procédé de fabrication est détaillée pour chaque étape technologique en soulignant à chaque fois les améliorations/modifications apportées pour unefiabilité et une répétitivité accrue associées à une connaissance des limites de faisabilité. Dans la dernière partie de ce travail, on s’intéresse à la mise en œuvre de plusieurs plateformes expérimentales permettant différentes caractérisations électromécaniques statiques et dynamiques des dispositifs CMUTs fabriqués