Figure 28 : Schéma de principe d’une biopuce, (a) molécule d'ADN dénaturée et (b) puce à
2.2.1.6 L’électronique et les télécommunications
Les microsystèmes trouvent également beaucoup d'applications dans le domaine de l'électronique et des télécommunications. Les applications visées concernent les éléments passifs ou actifs des circuits intégrés.
Les inductances RF
Le fait de suspendre les inductances permet d'augmenter les fréquences de résonance et les coefficients de surtension à la résonance en diminuant le couplage capacitif entre la bobine et le substrat en augmentant la distance entre la bobine et le substrat. La Figure 29 montre des photos MEB d'inductances suspendues obtenues par micro-usinage en volume sur AsGa [31] et sur Silicium.
(a) (b)
Figure 29 : Image MEB d'inductances suspendues obtenues par micro-usinage en volume sur AsGa (a) et sur Silicium (b).
Les micro-relais
contact avec un isolant ou lors d'un couplage sans contact. Les performances demandées à ces dispositifs sont le minimum de pertes d'insertion, la vitesse de commutation et la fiabilité.
Les filtres électromécaniques
Ces composants réalisent des fonctions de filtrages en fréquence [39][40][41] à l'aide de structures mécaniques vibrantes. La fonction de filtrage est réalisée par les propriétés de résonance mécanique de la structure lorsqu'elle est excitée. Les filtres contiennent tous trois parties :
• Excitation de la structure vibrante (en général électrostatique)
• Résonance mécanique
• Transduction du signal mécanique en signal électrique
L'intérêt de telles structures par rapport aux filtres électriques est la possibilité d'obtenir des coefficients de qualité très élevés. La Figure 34 et la Figure 75 présentent des exemples de filtres électromécaniques et le paragraphe 2.2.2 est consacré au micro-résonateur en peigne interdigité qui peut être utilisé comme filtre électromécanique.
Les capacités variables
Les capacités variables sont utilisées pour faire des filtres accordables ou des oscillateurs contrôlés en tension. Elles sont généralement constituées d'une électrode fixe et d'une électrode mobile dont on fait varier la position par rapport à l'électrode fixe de manière à faire varier la capacité de l'ensemble.
2.2.1.7 L’optique
Dans le domaine de l’optique le développement des microsystèmes, souvent désignés par MOEMS pour micro-opto-electromechanical systems, vise de nombreuses applications dans les domaines suivants :
• Micro bancs optiques et micro-instrumentation
• Les micro déflecteurs pour scanner de code barre
• Commutateurs et positionneurs de fibres optiques
• L'optique adaptative [33]
• Les systèmes de modulation de la lumière pour transmission en air libre
• Les micro-miroirs pour les systèmes de projection Les micro bancs optiques
Les micro bancs optiques et la micro instrumentation sont des tentatives de miniaturisation de systèmes optiques complexes. L'intérêt de tels systèmes est d'intégrer sur une puce avec des technologies de micro-usinage en surface des éléments d'optiques tels que des lentilles, des collimateurs, des séparateurs de faisceaux et des réseaux diffractants. Ces systèmes reçoivent également des sources lumineuses comme des lasers à semiconducteurs et des fibres optiques de manière à recréer à l'échelle de la centaine de microns des montages optiques comme par exemple un interféromètre. La Figure 30 montre une vue schématique d'un assemblage d'éléments optiques, on y remarque une source laser couplée avec des lentilles de Fresnel et des séparateurs de faisceaux. La Figure 31 montre une image MEB d'un micro-miroir vertical monté sur une roue qui elle-même est actionnée par une crémaillère et des actionneurs thermiques à bilame.
Source laser
Lentille de Fresnel
Séparateur
Figure 30 : Schéma d'un banc optique intégré.
Figure 31 : Image MEB d'un miroir vertical monté sur une roue actionnée par crémaillère (MUMPS). Les multiplexeurs de fibres optiques à micro-miroirs
Dans le domaine des télécommunications par fibre optique, les applications microsystèmes concernent les multiplexeurs de fibres optiques à micro-miroirs (optical cross connect). Ces systèmes doivent aiguiller le signal lumineux entre plusieurs fibres en basculant un micro-miroir dans le chemin optique. La Figure 32 montre un schéma d'un multiplexeur optique en développement actuellement [32] au laboratoire TIMA, c'est un multiplexeur 4x4 qui utilise la technologie MUMPS de micro-usinage en surface. Le multiplexeur est composé d'une matrice de 16 micro-miroirs elliptiques qui sont montés sur une liaison pivot orientée à 45° par rapport aux axes des fibres optiques. La commutation des miroirs de la position couchée à la position verticale se fait à l'aide d'un actionneur électrostatique.
Fibre optique collimateur Micro-miroir
Figure 32 : Multiplexeur optique à micro miroirs Les matrices de micro-miroirs
Les premières applications ayant atteint une industrialisation massive sont les projecteurs et matrices à micro-miroirs. Ces systèmes sont composés d'un ensemble de miroirs mobiles autour d’un axe pivotant, leur permettant de basculer par attraction électrostatique. Ils ont alors la capacité de changer la direction du faisceau lumineux par réflexion pouvant de fait allumer ou éteindre un pixel. Notons au passage qu’il est possible d’obtenir un gradient d’intensité lumineuse pour chaque pixel en modulant rapidement le basculement. En envoyant sur la matrice successivement les trois couleurs de la synthèse additive (rouge, vert, bleu) il est alors possible de projeter une image en couleur. Les matrices de micro-miroirs DMD de Texas instrument sont à l’étape d’industrialisation à grande échelle dans les secteurs de la projection (home theater) et du cinéma numérique. Une autre application, dans le spatial cette fois est les matrices de micro-miroirs pour l’acquisition d’images stellaires. En effet les micro-miroirs permettent, lors de la mesure de très faibles signaux de faire une acquisition sélective sur une image permettant d’améliorer le rapport signal sur bruit. La Figure 33 montre une vue schématique des micro-miroirs de Texas instrument et des micro-miroirs du TIMA fabriqués en technologie MUMPS [34]. Miroirs Axes de torsion Electrode Point d’ancrage et de polarisation Axes de torsion Electrode Miroirs (a) (b)
Figure 33 : Vue schématique des micro-miroirs électrostatiques de Texas Instruments (a) en technologie propriétaire, et de TIMA (b) en technologie MUMPS.