Les capteurs miniaturisés intelligents à l UCL

Transcription

1 UCL Université catholique de Louvain Les capteurs miniaturisés intelligents à l UCL Sciences et technologies au service de la societé INNOV ADRE INTERFACE RECHERCHE ET DEVELOPPEMENT

2 De nombreux partenariats Une présence dans les réseaux d excellence Les équipes «capteurs intelligents» de l UCL mènent d ambitieux programmes de R&D : Eureka (Medea+), réseaux d excellence du 6 e PC de l UE (Metamorphose, Similar, Newcom, Sinano, Ecrypt, etc.,) et collaborent avec les plus grands centres de recherche nationaux, européens et internationaux tels que IMEC, CNM, ESA, Fraunhoffer et MINATEC. Ils conçoivent, modélisent, simulent, optimisent et caractérisent des modules intégrés, des capteurs et des micro-systèmes de différents types. De nombreuses publications et présentations internationales, des prix scientifiques dont FNRS-Siemens, Wernaers et SCK-CEN ainsi que plusieurs brevets attestent des possibilités de valorisation de leurs résultats. Des applications ciblées et dédicacées Cette avance technologique ainsi que la haute qualification des chercheurs ont particulièrement encouragé de grandes sociétés à développer des accords ou des contacts de coopération R&D avec l UCL : EADS, INERGY, THALES, IBM, STM, Schlumberger, X-FAB, CRF-Fiat, Alcatel, Swatch L UCL est également en contact régulier et collabore avec de nombreuses entreprises et spin-off wallonnes (CISSOID, SmartWear, Nomics, Biocode- Hycel, GlaxoSmithKline Biologicals ), notamment via les clusters régionaux en automobilité, aéronautique et spatial, la grappe Agoria-mécatronique ou les centres de recherche wallons (CETIC, CENAERO, Multitel, CSL) En aval des développements de capteurs intelligents, l UCL rencontre et anticipe les besoins des entreprises en matière de détection, contrôle et surveillance, de manière à développer des prototypes dédicacés transposables en conditions industrielles réelles.

3 Capteurs intelligents et microsystèmes Les capteurs intelligents constituent un domaine de recherche de pointe de par leur fonction de monitoring et de contrôle de paramètres physico-chimiques et biologiques, dans tous les domaines de l activité humaine. Associés à un système miniaturisé de transmission de données sans fil et mis en réseau, ces capteurs intelligents peuvent dialoguer entre eux, ou avec une unité principale, dans le cadre d applications de détection, d analyse ou de surveillance. Leurs applications dans des domaines tels que la sécurité (systèmes d identification et d authentification), la gestion des biens, le bâtiment, le transport, la fabrication, la détection environnementale, les hydrocarbures, le textile, la maintenance prédictive industrielle, le monitoring médical, ouvrent de nouvelles opportunités de développement économique. Leurs compacité, longévité et robustesse leur permettent d opérer avec une grande flexibilité dans des environnements difficiles ou des conditions extrêmes et offrent dès lors des solutions innovantes dans des secteurs comme l aéronautique, la médecine, l environnement, la domotique, l automobile etc. Les capteurs miniaturisés et autonomes à l UCL C est dans un contexte hautement favorable aux synergies entre équipes et à l accélération de l innovation que l ambition de développer des capteurs intelligents, miniaturisés et autonomes est née à l UCL. Avec le soutien de la Région wallonne, les premiers développements de solutions miniaturisées intégrées ont vu le jour avec comme objectifs : encapsuler dans un même boîtier, voire sur une même puce, de multiples capteurs, leur électronique d interfaçage, les modules de récupération d énergie, de transmission et les antennes de communication sans fil développer une unité qui assurera la communication sans fil entre les capteurs intelligents et le monde extérieur développer des architectures de communication optimale et sécurisée entre capteurs assurer l intégrité mécanique et la durabilité des systèmes Jaky Delorme

4 Une concentration d expertise A l UCL, trois unités de recherche forment un groupe de spécialistes en micro systèmes et technologies sans fil : le laboratoire de micro-électronique, le laboratoire de télécommunication et télédétection et le laboratoire d hyperfréquences ; des collaborations étroites avec les unités de chimie et de physique des hauts polymères et d ingénierie des matériaux et procédés, contribuent au développement d une recherche à caractère fortement multidisciplinaire, unique en Belgique. Plusieurs éléments technologiques de pointe sont développés à l UCL dans le domaine des capteurs intelligents miniaturisés : Technologie SOI, MEMS et nanofabrication L utilisation de la technologie SOI (Silicon-On-Insulator) s impose aujourd hui progressivement comme le successeur de la technologie CMOS (Metal Oxide Semiconductor) sur silicium massif, la plus largement utilisée dans le monde en microélectronique. La société de consultance Dataquest annonce que les procédés SOI couvriront 50 % du marché des circuits intégrés dans les années à venir. La pénétration du SOI se fait aujourd hui principalement par le biais des microprocesseurs à très haute vitesse sous la pression de grandes sociétés telles que IBM, AMD, Motorola, Sun, etc... La technologie SOI présente des avantages très significatifs pour les capteurs intelligents dans des applications de type faible puissance-faible consommation, pour des applications portables, sans fils, ou pour des environnements à hautes températures (jusque 350 C). Elle offre également une très grande tenue aux radiations, par exemple dans le cas d applications spatiales. De nouveaux microsystèmes, dénommés MEMS/NEMS (Micro/Nano Electro-Mechanical Systems), comportant non seulement de l'électronique intégrée sur silicium, mais aussi des capteurs et des actionneurs micromécaniques, sont appelés à prendre une part importante dans une large gamme de domaines, tels que le biomédical ou le contrôle. L 'étude de nouveaux composants et les performances croissantes des techniques de nano-fabrication permettent de réaliser des structures dont les dimensions sont de plus en plus abaissées en-dessous de 100 nm, en vue d atteindre des propriétés électroniques ou de détection inégalées. Analyses micromécaniques L UCL développe également une expertise dans l analyse de fiabilité et durabilité des systèmes produits. La tenue sous chargement mécanique qu il soit d origine purement mécanique, thermique, électrique ou magnétique, les problèmes de friction et la durabilité mécanique sous environnement chimique agressif sont en effet autant de facteurs très limitatifs qui vont conditionner le passage à l industrialisation de microcapteurs développés en laboratoire. L UCL s est dotée d un panel d essais micromécaniques, certains directement implémentés «on-chip» pour l évaluation des contraintes internes, résistance mécanique, paramètres de friction et d adhésion. Des outils de simulations numériques complètent l arsenal expérimental dans le but d améliorer l interprétation des résultats expérimentaux et de transférer les résultats à des systèmes plus complexes. Télécommunications et traitement du signal Les développements dans le domaine de la conception avancée de systèmes aux hyperfréquences combinent l utilisation de matériaux nouveaux (meta-matériaux) et d architectures (circuits et antennes) à plus faible consommation et à sensibilité accrue. La mise au point de nouveaux algorithmes de traitement des signaux permet une exploitation optimale de l information fournie par les systèmes tels que les Lidars, les radars, la résonance magnétique et plus généralement les capteurs physiques sans fils. L optimisation de la capacité du débit de transmissions de ces capteurs. Nano-bio-capteurs Cissoid sa Les activités de recherche dans ce domaine visent à combiner les nanotechnologies (nano-lithographie et nano-estampage) et les nanomatériaux (couches auto-assemblées) afin de développer des bio-capteurs à sensibilité et stabilité accrue pour la détection de protéines (anticorps et antigènes, en particulier). Le cœur de tels capteurs consiste en un réseau de nano-électrodes sur lesquelles sont greffés des récepteurs spécifiques permettant la détection de protéines d intérêt.

5 Un équipement de pointe Pionniers des technologies intégrées sur silicium et SOI, les laboratoires de l UCL ont été précurseurs dans l avènement des microsystèmes SOI grâce à une chaîne pilote complète de simulation, fabrication et caractérisation de dispositifs et circuits intégrés sur silicium incluant notamment salle blanche (400m 2 ), microphotolithographie, nanolithographie, technologie CMOS sur SOI, techniques de micro et nano-usinage, techniques de dépôt, collage de tranches, couches et matériaux spécifiques (biologiques, polymères, oxydes métaliques, SIC, etc), nano-imprint, équipements de mesures en fréquences (DC 110GHz) et en températures (mk à 400 ), plate-formes de traitement des signaux (FPGA, DSP, ), techniques d essai micromécaniques (nano-indentation, microclivage au coin, mesure des contraintes internes ex-situ ou in-situ) Circuits électroniques CMOS sur SOI Technologie CMOS sur SOI, co-intégration CMOS, composants microélectroniques de détection, circuits analogiques, digitaux et RF Dispositifs SOI multicouches et multimatériaux Techniques de fabrication de circuits MEMS aux fréquences micro-ondes et ondes millimétriques Transmission de données sans fil Traitement du signal in situ Boucle d induction intégrée Circuits et protocoles de transmission sans fil par radiofréquences Modules et capteurs en SOI Accéléromètres : vibrations, déplacements Capteurs de gaz : composition, flux, pression, température Environnement : humidité, température, luminosité, champ magnétique Médecine : EEG, ECG, EMG Biologie : ADN, protéines Optique : visible, UV, IR Autonomie et faible consommation énergétique Circuits d interfaçages de haute précision et de très faible consommation Cellules mémoires en SOI de très faible consommation Modules et circuits de récupération d énergie ambiante Les recherches actuelles portent sur l extension et l exploitation des récentes avancées en microélectronique de faible puissance, techniques de modulation, codes de correction d erreur, conception d antennes, traitement du signal numérique, protocole de communication, microsystèmes électromécaniques (MEMS), processeurs intégrés et sources d alimentation, radio-numérique, bande ultra-large, traitement parallèle, systèmes de temps réel et intégrés. Les travaux regroupent à la fois les technologies de transductions optiques, hyperfréquences, ultrasons, magnéto-inductives et capacitives, mais également la physique et la chimie des matériaux. Les développements concernent la simulation numérique des procédés et des propriétés électriques, électromagnétiques et mécaniques, la mesure de paramètres physico-chimiques ou géométriques, de position et de champs de vitesses, ainsi que la vision industrielle. Les capteurs miniaturisés intelligents à l UCL

6 Une équipe de professionnels au contact des réalités économiques Laboratoire de micro-électronique Prof. Denis Flandre Unité de chimie et de physique des hauts polymères Prof. Sophie Demoustier Laboratoire de télécommunication et télédétection Prof. Benoît Macq et Christophe Craeye Unité d Ingéniérie des matériaux et procédés Prof. Thomas Pardoen Laboratoire d hyperfréquences Prof. Jean-Pierre Raskin CeRMIN - Centre de recherche en dispositifs et matériaux électroniques micro-et nanoscopiques L équipe micro-capteurs intelligents et l administration de la recherche travaillent à la mise en valeur des résultats de recherche. Ensemble ils prospectent les entreprises nationales et internationales et les accompagnent dans la réalisation de leurs projets. L administration de la recherche de l UCL, un appui essentiel dans vos projets d innovation L Administration de la recherche informe et soutient les chercheurs en matière de financement et de contractualisation de la recherche. Elle contribue au développement régional par la promotion des collaborations scientifiques et des services aux entreprises et par le soutien aux pôles d excellence technologique. En collaboration avec la SOPARTEC, gestionnaire de la propriété intellectuelle de l UCL, elle favorise l émergence de produits innovants et la création de sociétés de haute technologie. INNOV-ADRE son interface R&D, stimule les relations entre les laboratoires de recherche et les entreprises. Elle facilite les transferts technologiques et contribue à la valorisation des compétences. INNOV ADRE INTERFACE RECHERCHE ET DEVELOPPEMENT Contact : innovadre@adre.ucl.ac.be 32 (0) Place de l université, 1 B 1348 Louvain-la-Neuve Belgique AVEC LE SOUTIEN DE UCL Université catholique de Louvain Réalisation ADRE 2005 : M. Plevoets Graphisme : Geluck, Suykens & partners + García Photos : UCL-dice-emic, Cissoid sa, Jaky Delorme