Baptiste FISCHER-KASZUBA :"Développement d'un résonateur auto-suspendu en technologie quartz-MEMS pour applications spatiales"

Résumé : Les oscillateurs hautes performances utilisent des résonateurs à quartz volumineux et à une fréquence typique de 10 MHz. Dans le contexte de miniaturisation des composants électroniques et le besoin d’oscillateur à plus haute fréquence, une réduction du volume du résonateur et l’utilisation de procédés de fabrication collectifs permettraient une réduction importante de l’encombrement, du coût et de la consommation de ces oscillateurs. Pour répondre à ces besoins un résonateur quartz-MEMS miniaturisé opérant à 100 MHz, destiné à l’intégration dans un oscillateur de haute performance est développé. Face aux limites des résonateurs à quartz traditionnels pour la miniaturisation, les travaux explorent une nouvelle approche de fabrication collective en combinant wafers hybrides quartz sur quartz et gravure DRIE. L’étude débute par une analyse comparative des technologies de résonateurs MEMS, mettant en avant l’intérêt du mode de cisaillement d’épaisseur pour sa compacité, son facteur de qualité élevé et sa bonne stabilité thermique. Une conception originale est ensuite proposée, intégrant des suspensions optimisées pour réduire la sensibilité aux accélérations et aux variations thermomécaniques. La fabrication a nécessité la résolution de plusieurs verrous technologiques, qui ont menée à plusieurs études. Les résonateurs réalisés ont montré de bonnes performances électriques, confirmées par des caractérisations en température. Enfin, leur intégration dans un oscillateur a démontré un excellent niveau de stabilité, comparable aux oscillateurs industriels actuels. Ces résultats valident la faisabilité d’oscillateurs quartz-MEMS hautes performances et ouvrent la voie à des développements TCXO ou OCXO miniaturisés.

Composition du jury : 

Thomas BARON Ingénieur de recherche SupMicrotech-ENSMM Directeur de thèse
Skandar BASROUR Professeur des universités Université Grenoble Alpes Examinateur
Thierry AUBERT Professeur des universités Université de Lorraine Rapporteur
Bernard LEGRAND Directeur de recherche LAAS-CNRS Rapporteur
Raphael LEVY Ingénieur de recherche ONERA Co-encadrant de thèse
Melvin PAQUIT Ingénieur de recherche AR-electronique Examinateur