Conception et intégration de circuits CMOS et de microsystèmes électromécaniques (MEMS) pour la synthèse d'un oscillateur à haute performance

Résumé

La miniaturisation des composants électroniques est un enjeu important dans l’industrie. Cette tendance permet entre autres de réduire la consommation de puissance des systèmes, d’offrir plus de fonctionnalités et de réduire le prix. Un des circuits touché par la miniaturisation est l’oscillateur. Cet oscillateur génère une fréquence de référence qui est utilisée pour synchroniser les opérations des différents circuits numériques ou analogiques d’un système. Présentement, un résonateur en quartz est employé. Celui-ci offre une fréquence de référence extrêmement stable en température, mais a plusieurs désavantages comme un prix de fabrication relativement élevé, une grande taille et l’impossibilité d’être intégré avec les technologies de fabrication des circuits intégrés. L’alternative actuelle est donc de remplacer les résonateurs en quartz par des microrésonateurs. Ces résonateurs sont des systèmes électromécaniques (MEMS) qui eux peuvent être fabriqués avec des technologies compatibles à celles des circuits intégrés. De plus, les résonateurs MEMS sont beaucoup plus petits et se fabriquent à petit prix. Leur désavantage principal est la variation de leur fréquence en fonction de la température. Les différentes techniques de compensation en température passives sont l’objet de la revue de littérature du premier chapitre de ce mémoire. Le deuxième chapitre présente la première contribution quant à la conception, la fabrication et le test de résonateurs MEMS piézoélectriques et électrostatiques. La technologie commerciale PiezoMUMPS a été utilisée. Deux principales techniques ont été évaluées afin de réduire l’impact de la température sur la fréquence de résonance, soit la conception des ancres des résonateurs et l’ajout de trous dans la structure des résonateurs électrostatiques. Finalement, le troisième chapitre présente la deuxième contribution de ce travail en présentant deux circuits intégrés d’amplificateur transimpédance. Le premier circuit intégré a été fabriqué avec la technologie CMOS 130 nm d’IBM et a été testé. Le deuxième circuit a été fabriqué avec la technologie CMOS 65 nm de TSMC. Celui-ci contient deux nouveautés par rapport au circuit en 130 nm, soit un circuit de contrôle qui permet d’utiliser l’amplificateur avec deux résonateurs qui ont des fréquences différentes, permettant des applications en télécommunication, et un circuit de contrôle de phase automatique, assurant l’oscillation du système.

Date	21 mai 2019
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Frédéric Nabki (Directeur(-trice))