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MAMINA : Matériaux et Acoustiques pour MIcro et NAno systèmes intégrés

Coordonnateur : Eric CATTAN

Permanents : D. CALLENS-DEBAVELAERE, P. CAMPISTRON, J. CARLIER, T. GRYBA, F. LEFEBVRE, G. NASSAR, B. NONGAILLARD, F. PONCHEL, D. REMIENS, C. SOYER, S. GRONDEL

Doctorants : Hadjira SEBAI, Mohamed BENTEFRIT, Christophe VIRGILIO , Diab DAHER,  Rabab BEKKAR, Dany ISHAK, Damien FAUX, Doan LE ANH, Mathilde STEVENIN, Sandrine MATTA, Tan NGUYEN NGOC

Les spécificités du groupe MAMINA portent d’une part sur la maîtrise d’élaboration de matériaux ferroélectriques et piézoélectriques par essentiellement la technique de pulvérisation cathodique. Outre l’aspect dépôt, les films sont caractérisés finement aussi bien du point de vue physico-chimique qu’électrique. A ce titre, du matériel spécifique permet de déterminer les propriétés électriques et notamment ferroélectriques et piézoélectriques en fonction de la température. Une part importante des recherches est consacrée à l’intégration de ces matériaux dans des micro ou nanosystèmes. Un thème de recherche récent concerne la croissance et la qualification de matériaux ferroélectriques dédiés aux applications hyperfréquences (filtres, adaptateur d’impédance accordable,..) pour essentiellement les télécommunications sans fil. Une autre part est consacrée à la caractérisation physicochimique et électrique de ces matériaux. Par ailleurs les recherches du groupe MAMINA s’orientent aussi sur les MEMS Bioinspirés et plus particulièrement sur un objet volant mimant l’insecte, dans ce cadre, des développements se font sur l’intégration de nouveaux matériaux actionneurs tel que les réseaux interpénétrés de polymères. Un troisième axe est abordé dans ce groupe dans le domaine des MEMS Acoustiques : des technologies sur silicium ont été mises au point pour générer et guider des ondes acoustiques de hautes fréquences afin de développer des microsystèmes acoustiques intégrés fonctionnant dans la gamme du GHz, des résonateurs à mode de contour RF (gamme du GHz) et des réseaux de transducteurs hautes fréquences fonctionnant dans la gamme de la centaine de MHz. Les domaines d’application des dispositifs acoustiques intégrés sur silicium concernent la caractérisation et la détection en canal microfluidique de milieux biologiques et de produits viscoélastiques, le filtrage radiofréquence avec les résonateurs à modes de contour et la détection d'espèces chimiques en très faible concentration avec les résonateurs à mode de contour fonctionnalisés.

Les activités de recherche sont donc centrées autour de l’actionnement, les microstructures mécaniques et l’acoustique.

Mots-clés : Matériaux ferroélectriques et piézoélectriques, MEMS/NEMS, RF MEMS Bioinspiré, Microsystème, Polymères actifs, Résonateur acoustique, Détecteur, Lab on chip.

Thématiques de recherche

Les activités de recherche du groupe MAMINA relèvent des Sciences et Technologies de l’Information, elles s’appuient sur l’utilisation des technologies MEMS, sur le développement de techniques de caractérisations originales, sur des calculs théoriques et des simulations analytiques et par éléments finis. Les études réalisées donnent généralement lieu à une validation expérimentale ainsi qu’à la mise en place de démonstrateurs.

Ferroélectrique pour applications microondes et Matériaux Piézoélectriques Nanostructurés

Figure 1

Figure 1: Structure coplanaire fabriquée sur film de BST: distance interligne d’1 µm. Cette structure permet de caractériser l’échantillon à plus de 60 GHz

Figure 2

Figure 2: Nanostructure de l’ordre du nm de diamètre réalisés par faisceau d’ions focalisés. Le réseau est fabriqué sur film de PZT pour la réalisation de nano actionneur et capteur …

 

MEMS Bioinspirés



Figure 3 : Projet de réalisation d’un nano-drone de la dimension d’un insecte. Il s’agit de comprendre et d’imiter le vol battu de l’insecte et de comprendre l’aérodynamique associée.

 

Figure 4 : Par ailleurs, nous travaillons sur la compatibilité de réseaux de Polymères Interpénétrés avec les technologies MEMS.

Intégration de fonctions acoustiques sur Silicium

Guidage d’ondes acoustiques hautes fréquences sur silicium et Réseau de transducteurs ultrasonores
 

Figure 5

Figure 5 : Nous utilisons les ondes acoustiques HF pour la caractérisation / détection de particules /cellules en canal microfluidique sur laboratoire sur puce

 

Figure 6

Figure 6 : Réseaux de transducteurs réalisés en ZnO ou LiNbO3 pour des applications hautes fréquences sur silicium (100 MHz-300 MHz)

  Modélisation MEMS acoustiques et Résonateur haute fréquence  
 

Figure 7

Figure 7 : Développement d'un outil de modélisation polynomiale qui vise à faciliter la caractérisation des MEMS acoustiques lorsque les méthodes habituelles sont défaillantes.

Figure 8


Figure 8 : Etude des résonateurs en vue de réaliser des filtres RF dans la gamme du GHz et des détecteurs d'espèces chimiques en très faible concentration.

Les formations par la recherche : les membres du groupe MAMINA sont fortement impliqués dans les enseignements liés aux STIC au sein de l’ISTV et de l’IUT et sont en forte interaction avec les étudiants en formation à l’ENSIAME dans le cadre de projets d’étude.
Ils coordonnent également les Masters.