D. Galayko, Mémoire de thèse de doctorat, 2002

UNIVERSITÉ LILLE I
U. F. R. des sciences et techniques
THÈSE
pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ DE LILLE I
Spécialité électronique
Présentée par
Dimitri GALAYKO
Filtresmicroélectromécaniquesmicro-usinés
en polysilicium couche épaisse et leur appli-
cation au filtrage en fréquence intermédiaire
Date de soutenance : le 6 décembre 2002
Jury d’examen :
Paul-Alain ROLLAND
Rapporteurs : Skandar BASROUR
Patrick LOUMEAU
Directeur de thèse : Andreas KAISER
Pascal ANCEY
Dominique COLLARD
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Thèse de Dimitri Galayko, Lille1, 2002

RESUME
Le travail est axé sur la conception de filtres MEMS pour le filtrage IF dans une techno-
logie de silicium couche épaisse épitaxiée. Le but est d’explorer les capacités d’une telle
technologie pour la réalisation de filtres micro-mécaniques pass-bande, et d’enrichir le sa-
voir-faire en matière de la conception au niveau architectural de filtres d’ordre élevé.
Nous avons proposé un concept de ressort électrostatique à rigidité variable, qui permet
de réaliser des filtres à résonateurs couplés à largeur de bande contrôlée en tension.
Une méthode de conception de filtres mécaniques, basée sur l’analogie électromécani-
que, est développée. Elle est appliquée à la conception d’un filtre pass-bande à zéros de trans-
mission dans la bande coupée.
Nous avons conçu une architecture de récepteur RF superhétérodyne, utilisant un filtre
MEMS dans un étage IF. La dérive thermique de la fréquence centrale est compensée par un
asservissement de la fréquence intermédiaire.
MOTS-CLES : filtrage microélectromécanique, système microélectromécanique, com-
posant électronique, asservissement fréquence, composant reconfigurable, espacement
transducteur, ajustement espacement, résonateur micromécanique, circuit radiofréquence,
radiocommunication.
ABSTRACT
The work is focused on the MEMS filter design in a thick film epitaxial polysilicon tech-
nology for IF filtering applications. The goal is to explore the capacities of the technology
for micromechanical bandpass filter design and to develop novel high-order electromechan-
ical filter architectures.
The work proposes the concept of an electrostatical spring formed by two electrostatical
transducers. It allowed to implant electromechanical filters with voltage-controlled band-
width.
A mechanical filter design method based on electromechanical analogy is developed. It
is applied to the design of a bandpass filter with transmission zeros in the stopband.
A RF superheterodyne receiver using a micromechanical filter in an IF stage is designed
and realized. The thermal drift of the filter center frequency is compensated by a real-time
intermediate frequency adjustment to the current value of the central frequency.
KEY-WORDS : microelectromechanical filtering, MEMS, electrical component, fre-
quency servo-control, reconfigurable component, transducer gap, gap adjustment, microme-
chanical resonator, radiofrequency circuit, radiocommunication.
DISCIPLINE : électronique
ADRESSE : ISEN-IEMN UMR CNRS 8520, 41, bd Vauban, 59046 Lille Cedex France
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REMERCIEMENTS
Je remercie profondément et chaleureusement mon direc-
teur de thèse Andreas Kaiser, qui m’a accueilli au sein de son
équipe et qui est à l’origine du sujet de thèse. Je lui suis particu-
lièrement reconnaissant pour le soutien permanent qu’il m’a
apporté au long de ces trois années aussi bien sur le plan pro-
fessionnel que personnel, pour la confiance accordée, pour
son encadrement, ses conseils et ses critiques.
Je remercie également Messieurs Dominique Collard et Lio-
nel Buchaillot pour l’aide précieuse qu’ils m’ont apportée en
matière de microsystèmes et pour l’intérêt qu’ils ont porté
envers mon travail.
J’adresse mes remerciements aux personnes travaillant chez
ST Microelectronics à Milan, qui ont contribué au développe-
ment du procédé THELMA et m’ont ainsi donné une base tech-
nologique pour mes travaux. J’exprime particulièrement ma
gratitude à Chantal Combi pour être notre interlocuteur privilé-
gié sur les questions techniques liées au procédé de fabrica-
tion.
Je remercie Messieurs Skandar Basrour et Patrick Loumeau
pour avoir accepté d’examiner ce mémoire et d’être rappor-
teurs de thèse.
Je remercie Jean-Mark Capron et Bruno Stefanelli pour
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l’aide et les conseils qu’ils m’ont apportés tout au long de mon
travail. Je remercie tout particulièrement Valérie Vanden-
hande et Jean-Michel Droulez pour leur disponibilité, leur assis-
tance et leur soutien moral.
J’exprime ma profonde gratitude à monsieur Leon Carré
pour m’avoir accueilli à l’ISEN et pour m’y avoir confié des
enseignements.
Mes remerciements particulièrement chaleureux s’adressent
à Phillipe Basset pour son soutien amical, pour sa présence et
pour toutes les choses qu’il m’a fait découvrir au long de ces
trois années passées à Lille.
Je remercie mes amis, qui m’ont soutenu dans les périodes
difficiles : Antonina, A. Matthieu, Vivek, Carlos, Thierry, Pierre et
tout les autres.
Je remercie les professeurs de ma scolarité de lycée (école
N°117 d’Odessa) et de l’université (Université Polytechnique
d’Etat d’Odessa) pour m’avoir donné les bases scientifiques
qui m’ont permis d’effectuer ce travail.
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