Etude et analyse l’effet de l température sur l sensibilité des capteurs piézorésistive
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Date
2022
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Abstract
Le domaine de l’instrumentation des capteurs de pression à détection piézorésistive ou
capacitive est en constante évolution. Ces capteurs représentent aujourd'hui le segment le plus
important du marché des MEMS . Ils sont présents dans de nombreux domaines en tant que
premier élément de la chaîne de mesure. Le but principal de cette thèse consiste à étudier et à
modéliser le comportement thermomécanique de ces capteurs. Nous avons débuté notre travail
par une étude bibliographique sur l’état de l’art de ces dispositifs, en donnant quelques concepts
sur les propriété mécanique et physique du matériau utilisé dans la réalisation de ces capteurs.
Ensuite on a étudié la déflexion au centre de la membrane et la contrainte normale agissante sur
ses bords en fonction de la pression et de la température au repos. De plus, l'effet du dopage et de
la température sur la tension de sortie du capteur et l'influence de la configuration du manomètre
ont également été examinés. L’augmentation de la température provoque des dérives
considérables dans la tension de sortie, qui sont dûes non seulement aux processus de fabrication
mais également au chauffage par effet Joule, cela nous a incité à consacrer par la suite toute une
étude sur les dérives thermiques générées par cet effet dans les capteurs de pression
piézoresistifs. Nous avons décris l'incidence de la tension d'alimentation, du temps de
fonctionnement et de leurs paramètres géométriques sur leurs caractéristiques de sortie. Les
résultats obtenus .ont confirmé que la faible tension de polarisation devrait être appliquée pour
réduire l'effet Joule. De plus, le chauffage interne est inversement proportionnel aux dimensions
de la membrane et à la longueur de l'élément piézorésistif. D'autre part, les résultats ont montré
que l'auto échauffement est sensiblement réduit pendant un court temps de fonctionnement du
dispositif et la température prend une valeur d'état stationnaire au-delà de 100 min et devient
indépendante du temps. Afin d'évaluer la fiabilité du capteur, nous avons couplé l'expression qui
on a obtenue avec celle du KANDA pour évaluer le coefficient de piézorésistivité π44 et la
sensibilité en fonction de la tension de polarisation et de la durée de fonctionnement du
dispositif. Les résultats ont également montré que π44 et la sensibilité à la pression sont
inversement proportionnelles à la tension d'alimentation et à la durée de fonctionnement, et sont
proportionnelles à la longueur de la membrane et à celle de la jauge.
Mots clés : Capteur de pression, Piézoresistif, Capacitif, Dérives thermiques, Modélisation,
Optimisation, Pression intraoculaire.