Integration de bobines sur silicium pour la conversion d'energie
Résumé
In the context of integration of low power DC-DC converters, the topic of this work consists in studying the integration of inductors on silicon. The difficulties of this kind of integration are related to the development, the compatibility of the whole technological processes, which are used for fabricating the complete system, and the manufacturing cost. First, a bibliographical synthesis has been made on the integrated inductors as well as conducting and magnetic materials and their deposit techniques. Once we have set the objectives, in particular the nature of the used materials, we have developed the electrochemical deposits and the thick photoresists processes that are required for the fabrication of moulds. These photoresists must withstand to chemical and physical constraints. A first structure of spiral type inductor has been calculated and the fabrication process has been determined. In the same time, specific devices have been studied then realized in order to characterize the electrochemical deposited layers in terms of resistivity, permeability and alloy composition. The last part of this thesis consists in applying this fabrication process to a second type of structure, which have been studied with the aim of reducing the number of technological steps. Currently, the first prototypes of these two kinds of inductors have been fabricated with low thickness materials layers. These prototypes confirm the feasibility of these devices.
Dans un contexte d'integration des dispositifs de conversion d'energie de petite puissance, le travail de these presente porte sur la realisation de micro-bobines integrees sur silicium. Les contraintes liees a ce type d'integration resident dans la mise au point, la compatibilite des procedes technologiques contribuant a la fabrication du systeme complet et le cout de fabrication. Dans un premier temps, une etude bibliographique nous a permis de faire une synthese sur les structures integrables de micro-bobines ainsi que sur les materiaux conducteurs et magnetiques et leurs techniques de depot. Une fois les objectifs fixes, notamment concernant la nature des materiaux a deposer, nous avons mis au point les depots electrochimiques et les procedes photolithographiques de resines epaisses destinees a la realisation de moules. Ces resines doivent resister a la fois a des contraintes chimiques et physiques fortes. Une premiere structure de micro-bobine de type spirale a ete dimensionnee et le processus de fabrication a ete identifie. En parallele, des motifs specifiques de forme bien definie ont ete etudies puis realises afin de caracteriser les couches deposees par electrochimie, en termes de resistivite, permeabilite et composition de l'alliage. La derniere partie de la these a consiste a appliquer ce procede de fabrication a une seconde structure de bobine dont la geometrie a ete definie dans le but de reduire le nombre d'etapes technologiques. Actuellement les premiers prototypes de ces bobines ont ete realises avec de faibles epaisseurs de materiaux. Ceci nous a permis de valider les procedes de fabrication de ces dispositifs.
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