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MEMS : le monde microscopique de votre smartphone

MEMS : le monde microscopique de votre smartphone
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À en croire l’engouement de la presse pour les MEMS, nous pourrions penser qu’ils ont débarqué avec l’iPhone et la Wiimote. Pourtant, ces puces peuplent nos équipements électroniques depuis très longtemps. Les premiers MEMS sont apparus dans les années 1970 sous la forme de capteurs de pression, capteurs de température ou d’accéléromètres. Leur portée était déjà très vaste en passant de l’imprimante, à l’automobile ou la chromatographie gazeuse. Les nouveaux produits qu’ils intègrent les ont récemment mis sur le devant de la scène médiatique. Les Micro Electro Mechanical Systems sont aussi appelés des micro-systèmes. La définition académique classique d’un MEMS regroupe trois composantes. Il faut que les dimensions des éléments mécaniques principaux se situent entre 1 mm et 1 µm. Il est nécessaire que les parties mécaniques et électroniques soient regroupées dans un même packaging, même si ce sont deux dies distincts (méthode hybride). Dans certains cas, les fondeurs regroupent aussi les deux composants sur un même die (méthode dite monolithique). Enfin, ils doivent être produits en utilisant les méthodes de fabrication typiquement utilisées pour les circuits intégrés des puces électroniques, tels que la photolithographie. Nous verrons néanmoins que le terme MEMS est en pratique plus large que cette définition.

Le MEMS est un domaine multidisciplinaire complexe qui évolue parfois plus rapidement que notre compréhension des modèles sur lesquels il repose. Récemment, les nouveaux procédés de fabrication ont permis de miniaturiser ces systèmes pour passer au nanomètre. On parle alors de NEMS (Nano Electro Mechanical Systems). Par souci de simplification, nous n’utiliserons que le terme MEMS, mais les principes qui seront énumérés dans cet article s’appliquent souvent aux NEMS et les deux acronymes restent interchangeables dans une majorité des cas que nous étudierons.

Il est possible de séparer les MEMS en deux grandes catégories : les micro-capteurs (accéléromètres, capteurs de pression, gyroscopes, etc.) et les micro-actionneurs (les micro-miroirs des vidéoprojecteurs DLP, les interrupteurs RF, etc.) Comme on peut le voir, le monde des MEMS est extrêmement vaste. Cela signifie que toute tentative d’exhaustivité est futile. Par souci de concision et pertinence, nous nous concentrerons donc principalement sur la partie mécanique des MEMS, l’électronique relative au traitement du signal étant assez classique. Nous éviterons aussi de parler des robots et des motes, un terme anglais qui désigne des structures regroupant un capteur, un contrôleur, un récepteur, une batterie et un transmetteur. Ils sont censés être complètement autonomes et sont un des domaines de recherche privilégiés des fabricants de MEMS.

Dans ce dossier, nous allons tenter de comprendre le fonctionnement et la fabrication des micro-systèmes. Pour cela, nous nous pencherons brièvement sur les principes les régissant (pages 2 à 5). C'est une partie un peu complexe permettant de mieux saisir le monde microscopique des MEMS. Les moins passionnés pourront toujours la survoler pour s'intéresser à la deuxième partie (pages 6 à 15) où nous nous concentrerons sur les modèles les plus connus avant de présenter les méthodes de fabrication les plus populaires dans la dernière section (pages 16 à 20).

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