7 – Equipe Instrumentation

7 – Equipe Instrumentation
7–1. Composition de l'équipe
Responsable actuel : Didier Robbes, Pr II, 63
Responsable futur : S. Flament, MCF, (HDR prévue courant 2003)
Permanents Temporaires
Enseignants-
chercheurs Chercheurs Personnels Techniques
Chercheurs
doctorants
ATER
Professeurs
section 63 du CNU
Bloyet D., Pr cl. Exc.
Carin R., Pr I
Robbes D., Pr II
Dolabdjian C., Pr II
Dubuc C., Pr I
Maîtres de Conférence
section 63 du CNU
Pichon L., HDR
Monfort Y., HC
Cordier C.
Flament S.
Gunther C.
Lam Chok Sing M.
Langlois P.
Routoure J.M.
Chargé de
Recherche
Mechin L.
Eimer S.
technicien salle
blanche,
poste CNRS
Lebargy S.
technicien
électronique,
½ poste ISMRA
A pourvoir fin 2002
1 poste assistant-
ingénieur
Guillet B.
Huot G.
Lartigau I.
Ledem G.
Quasimi A.
Ridereau X.
Valdaperez N.
Warsito
Yang Fan
Bouknenoufa A.
½ ISMRA
½ ISMRA
1 ISMRA
7–2. Présentation et objectifs généraux
Mots-clés : électronique, bruit, capteurs, dispositifs à semi-conducteurs, instrumentation, magnétométrie,
bolométrie, microtechnologies, dispositifs à supraconducteurs, dispositifs à oxydes métalliques.
Résumé : L’équipe Instrumentation de l’unité a son activité reliée à un regroupement de compétences au cœur
duquel se trouve la problématique du bruit de fond. Nos travaux s’attachent à des aspects fondamentaux -
modélisation physique de capteurs et dispositifs, bruit excédentaire - et des aspects plus orientés vers les
applications associées notamment aux activités de magnétométrie et de bolométrie. Dotée de ressources variées
de modélisation numérique et d’outils de microtechnologie en salle blanche, l’équipe Instrumentation a la
maîtrise de chaînes instrumentées complètes à très bas niveaux de bruit, incluant la conception et réalisation de
micro-capteurs originaux, notamment supraconducteurs ou à base de nouveaux matériaux en couches minces. Le
volet des applications couvre des domaines tels le contrôle non destructif, la mesure fine du champ magnétique
notamment terrestre, la mesure de température à très grande résolution, la micro-imagerie électrothermique et
magnéto-optique. L’équipe Instrumentation intervient également dans de nombreuses collaborations, du niveau
7–1

local au sein des laboratoires de l’ISMRA et industriels (ELDIM, Philips Semi-Conductor, au niveau national
(GM, université de Rennes, C.E.A., Schlumberger ), et international (Bartington Ltd).
Organisation de l’équipe
L’organisation pour l’exercice 2000-2003 est rappelée ci-dessous.
Organisation de l'équipe Instrumentation du GREYC
Exercice 2000-2003
Responsable : Didier Robbes
Magnétométrie Composants Semi-Conducteurs
et hybrides
Bolométrie
infrarouge lointain
D. Bloyet (Pr 60 %) R. Carin (Pr) D. Robbes
(MCF, HDR)
Responsables
des thèmes
C. Dubuc (Pr)
Y. Monfort (MCF)
C. Dolabdjian (MCF)
M. Lam (MCF)
S. Flament (MCF)
J. Lepaisant (MCF)
L. Pichon (MCF)
J. M.Routoure (ATER)
D. Bloyet (Pr, 20 %)
P. Langlois (MCF)
C. Gunther (MCF)
L. Méchin
(MCF puis CR oct.
2001)
Permanents
C. Cordier (01/00)
E. Sassier (07/00)
S. Saez (12/00)
X. Ridereau
A. Qasimi
K. Mercha (12/00)
N. Valdaperez
J.M. Janick (*) (07/02)
V. Gibour (*) ( 01/02)
A. Boujrad (*) (01/01)
I. Lartigau
A. Boukhenoufa
G. Huot
N. Cheenne (01/00)
A. Guillet
F. Yang
G. Ledem
Chercheurs
doctorants
Chercheurs Axe Modélisation en italique, Chercheurs axe Microtechnologie soulignés
(*) chercheurs doctorants non localisés sur le site de l’ISMRA
(xx/0x) date de fin de thèse
Organisation de l'équipe Instrumentation du GREYC
Exercice 2004 – 2007
Responsable : Stéphane Flament
Physique et modèles de
fluctuations dans les
composants à semi-
conducteurs
Performances intrinsèques
de µ-capteurs : bruit,
technologie, matériaux à
propriétés remarquables
Capteurs magnétiques et
bolométriques à grande
dynamique en
environnement bruyant
Titre
Laurent Pichon Laurence Méchin Chistophe Dolabdjian Responsable
L. Pichon
R. Carin
D. Bloyet (sept. 04)
J.M. Routoure
P. Langlois
C. Cordier (50 %)
L. Méchin
D. Bloyet
C. Gunther (50 %)
S. Flament
M. Lam Chok Sing
C. Cordier (25 %)
C. Dolabdjian (20 %)
C. Dolabdjian (80 %)
D. Robbes
Y. Monfort (sept. 05)
C. Gunther (50 %)
C. Cordier (25 %)
C. Dubuc (50 %)
Permanents
7–2

C. Dubuc (50 %)
I. Lartigau
N. Valdaperez
A. Boukhenoufa
F. Yang
X. Ridereau
G. Huot
B. Guillet
G. Ledem
A. Qasimi
Chercheurs
doctorants
Objectifs généraux de l’équipe
Equipe Instrumentation
Ressources Activité centrale Motivations
Capteurs, et
Dispositifs à
Faible Bruit
Films minces
Micro-technologies
Modélisation
physique et
numérique
Bruit de fond,
mesures et
caractérisations
variées fines
Systèmes et
Instrumentation
Physique des
Dispositifs et
Science de la
Mesure
Recherche
Appliquée
Recherche
Fondamentale
Diagramme des aires d’activités de l’équipe et de leurs connexions
A l’occasion de l’établissement de ce document, une réflexion a été menée, donnant lieu à la nouvelle
organisation de l’équipe. Celle-ci met notamment des chercheurs et enseignants chercheurs en
position nouvelle de prise de responsabilité, suite aux départs ou évolution de carrières des cadres
ayant animé l’équipe.
L’équipe a son activité centrée sur les capteurs et dispositifs à faible bruit. Les motivations des travaux
de recherche autour de ces dispositifs élémentaires sont multiples. Une partie des travaux est tournée
en amont et vise à mettre en relation les caractérisations des fluctuations de diverses grandeurs
(tension, résistance, champ magnétique, vortex...) avec leur physique de base, les procédés
d’élaboration technologiques, etc. Ces études permettent alors d’améliorer les performances
intrinsèques des matériaux déposés au laboratoire en films minces, et de construire des modèles
facilitant la conception de dispositifs. Les films minces déposés au laboratoire sont actuellement des
films d’YBCO et de Manganites. Notons que les choix de ces composés sont liés d’une part à leurs
propriétés remarquables et d’autre part à la proximité du CRISMAT UMR 6508, laboratoire de
l’ISMRA, dont l’équipe film mince assure une partie importante de son activité dans la synthèse de
nouveaux matériaux. Les capteurs réalisés sont essentiellement à base de jonctions Josephson sur
7–3

bicristal (SQUIDs) et des microthermomètres à bord de transition. Ces capteurs entrent tous dans la
classe des dispositifs à haute sensibilité. Des dispositifs à semi-conducteurs réalisés par la société
Philips et par le Groupe de Micro-électronique de l’Institut d’Electronique et de Télécommunication
de Rennes sont également étudiés au laboratoire (transistors MOS, TFT, etc.) pour ce qui concerne
leurs propriétés en bruit basse fréquence, la compréhension et modélisation des sources physiques
internes aux composants, notamment en relation avec les procédés technologiques. Une activité
naissante est également à noter autour du semi-conducteur SiC, en collaboration avec le LERMAT FRE
2149, autre laboratoire de l’ISMRA. Un outil majeur de caractérisation des films et des dispositifs
élémentaires est le bruit de fond excédentaire, pour les caractérisations duquel les membres du
laboratoire développent les procédés de traitement électronique du signal nécessaires. Le groupe
possède également de nombreuses compétences en compréhension physique et modélisation des
sources de bruits propres des dispositifs. Des caractérisations diverses en température, en champ
magnétique, sous irradiation lumineuse et par effet magnéto-optique sont également mises en œuvre
au sein du groupe.
Une seconde partie de nos travaux est tournée en aval du capteur. Nous intéressent plus
particulièrement les problématiques liées à l’introduction de dispositifs à très faible bruit dans des
systèmes plus complexes, dédiés à des applications diverses. Il faut alors veiller à la compatibilité de
multiples contraintes entre elles, notamment veiller au fait que l’accroissement de dynamique (par le
plus faible bruit) implique, au plus haut point, la nécessaire efficacité de la prise en compte et du
traitement des multiples sources de fluctuations extrinsèques au capteur. En effet, le bruit
environnemental et celui du système de polarisation et/ou de conditionnement ne doivent pas
masquer les performances intrinsèques du capteur, au risque de perdre le bénéfice d’une partie des
travaux précédents situés en amont. Ainsi, nous prenons un soin particulier à la définition (ou l’aide à
la définition) du cahier des charges des systèmes à mettre en œuvre et à étudier. A titre d’exemple,
une large étude comparative de capteurs magnétiques à haute sensibilité a-t-elle été entreprise pour
clarifier au sein de la communauté des chercheurs et fabricants de capteurs et de la communauté de
leurs utilisateurs, l’ensemble des critères utiles à une spécification efficace du cahier des charges
d’applications variées.
Pour structurer la présentation de son activité, l’équipe Instrumentation propose de travailler
désormais autour de 3 thèmes qui seront repris et détaillés dans la suite de ce document. Il s’agit des
thèmes :
- Physique et modèles de fluctuations dans les composants à semi-conducteurs ;
- Performances intrinsèques de microcapteurs : bruit, technologie, matériaux à propriétés
remarquables ;
- Capteurs magnétiques et bolométriques à grande dynamique en environnement bruyant.
Ces thèmes sont interdépendants. Le premier, de par son activité même, sera parfaitement au fait des
évolutions critiques des composants et circuits à semi-conducteurs, dont les plus intéressants pourront
être plus facilement utilisables par les deux autres thèmes. Le second thème, central, suit de près les
évolutions des matériaux nouveaux pour l’électronique. Des dispositifs capteurs de type bolométrique
ou magnétique sont élaborés, permettant de préciser les potentialités des matériaux, sous
conditionnement compatible avec les opérations courantes de micro-électronique. Ils veillent, entre
autres, à l’adaptation aux circuits classiques sur Silicium. L’optimisation du couplage de signaux
divers à des magnétomètres à haute sensibilité ou à des micro-bolomètres constitue l’activité
essentielle du troisième thème de l’équipe.
Notons que les choix des grandeurs de base mesurées (énergie et champ magnétique) par les capteurs
réalisés grâce à l’activité des acteurs du thème 2, permettent aux acteurs du thème 3 une assez grande
variété d’applications suivant les moyens de couplage adoptés. A côté de la maîtrise du couplage,
viennent s’ajouter des activités en traitement analogique et numérique des signaux bruités, suivant la
stratégie nécessaire à développer et dépendant de l’application mise en œuvre.
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Liens avec les autres équipes
Le lien avec les autres équipes de l’unité représente une part mineure de l’activité de l’équipe
Instrumentation. Notons cependant deux actions, l’une avec J. Fadili de l’équipe Image, et la seconde
avec E. Pigeon du laboratoire d’automatique et des procédés, en principe nouvelle équipe du GREYC.
Ces actions, initiées par le thème « Capteurs magnétiques et bolométriques à grande dynamique en
environnement bruyant », seront décrites dans le paragraphe décrivant ces activités.
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