H. DAHMANI

Soutenance : 1 er Juillet 2021.
Thèse de doctorat en Micro-nanosystèmes et capteurs, Université Polytechnique Hauts de France.
Projet associé : RENATECH

Résumé :

Dans les systèmes d’imagerie basés sur l’exploitation d’ondes ultrasonores, la résolution dépend fortement de la fréquence de résonance des capteurs piézoélectriques. Ainsi, pour atteindre une résolution importante, il est nécessaire d’utiliser des transducteurs fonctionnant en ultra haute fréquence. De plus, le développement des systèmes d’imagerie multi-éléments dont la fréquence de fonctionnement est supérieure à 100 MHz soulève de nombreuses difficultés telles que la limite technologique pour la fabrication des capteurs multi-éléments de petites dimensions, les problèmes d’adaptations électrique et mécanique, ainsi que le système de retard de phase à haute fréquence. Nous avons proposé dans ce travail l’étude d’un microsystème permettant la génération et la focalisation d’ondes acoustiques ultra haute fréquence (1 GHz) en intégrant des transducteurs piézoélectriques à base de ZnO en face d’une cavité chaotique en silicium. Le principe de fonctionnement de ce dispositif se base principalement sur la focalisation d’ondes acoustiques par la technique de retournement temporel (RT). La validation de l’étude est réalisée par l’exploitation des signaux reçus sur des transducteurs récepteurs de diamètre submillimétrique positionnés en différents points d’une zone d’analyse pré-définie. Cette thèse porte donc sur trois aspects spécifiques : -L’optimisation de la sensibilité acoustique de transducteurs submillimétriques par adaptation électrique. -La réalisation d’une cavité chaotique dans le silicium par gravure chimique. -La validation du concept de RT en ultra haute fréquence par focalisation de l’énergie acoustique sur un transducteur récepteur.

Abstract :

In imaging systems based on the use of ultrasonic waves, the resolution depends strongly on the resonance frequency of the piezoelectric sensors. Thus, to achieve a high resolution, it is necessary to use transducers operating at ultra high frequency. In addition, the development of multi-element imaging systems with operating frequencies above 100 MHz raises many difficulties such as the technological limitation for the fabrication of small size multi-element sensors, the electrical and mechanical adaptation problems, as well as the high frequency phase delay system. In this work, we have proposed the study of a microsystem allowing the generation and focusing of ultra high frequency (1 GHz) acoustic waves by integrating ZnO-based piezoelectric transducers in front of a chaotic silicon cavity. The operating principle of this device is mainly based on the focusing of acoustic waves by the time-reversal technique (RT). The validation of the study is carried out by the exploitation of the signals received on transducers receivers of submillimeter diameter positioned in various points of a pre-defined zone of analysis. This thesis focuses on three specific aspects: -The optimization of the acoustic sensitivity of sub-millimeter transducers by electrical adaptation. -The realization of a chaotic cavity in silicon by chemical etching. -The validation of the concept of RT in ultra high frequency by focusing the acoustic energy on a receiving transducer.