Lettre du LAAS

Publication trimestrielle du Laboratoire
d'analyse et d'architecture des systèmes du CNRS

Les phénomènes de chargement des diélectriques et en général les mécanismes d'adhérence, constituent l'une des principales sources de défaillance des microsystèmes à actionnement électrostatique, ce qui limite la commercialisation de ce type de dispositifs. Malgré de nombreux travaux réalisés dans le monde, les phénomènes d'adhérence parasites ou indésirables sont encore mal compris aujourd'hui et les mécanismes de défaillances associés peu explicités.  Les travaux présentés dans ce mémoire sont basés sur la microscopie à force atomique (Kelvin probe force microscopy - KPFM et force-distance curve - FDC) et permettent de supprimer les inconvénients des méthodes conventionnelles. Le diélectrique étudié est le nitrure de silicium obtenu par PECVD pour des micro-commutateurs RF à contact capacitif. Les méthodes utilisées permettent de réaliser l'étude des diélectriques à l'échelle nanométrique grâce à l'utilisation de l'AFM dont la dimension de la pointe est comparable aux aspérités des microstructures. Différentes structures de tests ont été caractérisées incluant des films diélectriques, des capacités MIM et des micro-commutateurs. La pointe de l'AFM est utilisée pour réaliser l'injection des charges (comme dans le cas d'une aspérité en contact avec le diélectrique), mais également pour mesurer le potentiel de surface et la force d'adhésion. Les résultats obtenus ont été comparés à des mesures de charges et décharges plus conventionnelles sur des capacités MIM et sur des micro-commutateurs RF. L'influence de plusieurs paramètres clés liés aux mécanismes d'adhérence a été étudiée. Les études ont fourni une compréhension accrue des phénomènes de chargement liés aux diélectriques et aux substrats, ainsi que des phénomènes d'adhérence. Ils ont enfin permis de préciser de façon très systématique les conditions optimales de travail pour les composants NEMS/MEMS. Tous ces résultats ont également été comparés à des données de la littérature provenant de différents composants.