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Étude thermomécanique et propriétés de rupture d'une membrane mobile d'un capteur de pression piézorésistif à base de silicium

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Ben Romdhane, Mohamed Cherif (2019). Étude thermomécanique et propriétés de rupture d'une membrane mobile d'un capteur de pression piézorésistif à base de silicium. Mémoire. Rouyn-Noranda, Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue, École de Génie, 106 p.

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Résumé

La conception et l'optimisation des performances d'un capteur de pression piézorésistif impliquent non seulement l'étude des propriétés piézorésistives du polysilicium, mais aussi l'analyse du comportement thermomécanique de sa partie interne la plus sensible. Ce travail se concentre sur une étude analytique, numérique et expérimentale d'une plaquette (wafer) de silicium utilisé dans un capteur de pression. Une étude thermomécanique a été réalisée pour évaluer les effets de la température et de l'orientation du matériau sur la déflexion et les modes de défaillance de la membrane en silicium (fracture). Deux orientations extrêmes ont été retenues soit 0° et 45°. L'approche analytique choisie est basée sur la théorie de Kirchhoff dans laquelle une membrane carrée en silicium est soumise à une pression distribuée sur toute sa surface. Les simulations thermomécaniques et l'analyse des fractures sont effectuées à l'aide du logiciel Abaqus. Une technique thermomécanique expérimentale a été mise en oeuvre pour déterminer la déflexion maximale des plaquettes et son effet sur l'amorçage des fissures et de fracture. Des essais de déflexion ont été réalisés sur des échantillons de silicium dopés au Bore. Les valeurs de déflexion sont mesurées pour chaque température appliquée dans l’intervalle 20 à 80 °C. Des essais préliminaires ont été effectués pour déterminer l'impact de la température et de l'orientation des plaquettes de silicium sur la déflexion maximale en cas de fracture. Les résultats de l'essai ont confirmé que le mode de défaillance est fragile et suit pour chaque cas les orientations cristallines. De plus, à 80 °C, les essais expérimentaux ont démontré que la fracture se produit à peu près à 389 μm de déflexion lorsque l’échantillon est orienté à 45 °.

Type de document: Thèse (Mémoire)
Directeur de mémoire/thèse: Mrad, Hatem
Co-directeurs de mémoire/thèse: Erchiqui, Fouad
Mots-clés libres: Capteurs, Pression, Silicium, Thermomécanique, Déflexion, Propriétés mécaniques, Orientations des cristaux, Fiabilité.
Divisions: Sciences appliquées > Maîtrise en ingénierie
Date de dépôt: 31 juill. 2019 14:04
Dernière modification: 31 juill. 2019 14:04
URI: http://depositum.uqat.ca/id/eprint/829

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