Les scientifiques du CEA-Leti, en collaboration avec des chercheurs du Politecnico di Milano, ont mis au point le plus petit gyroscope MEMS au monde. Un dispositif notamment capable de fournir des performances de navigation.
L'empreinte du capteur est de 1,3 millimètre carré. Une empreinte obtenue grâce à l'utilisation d'un capteur nanorésistif.
Pour atteindre cette petite taille, les chercheurs ont dû améliorer les paramètres clés de l'instabilité du biais. Ils ont aussi corrigeré la marche aléatoire angulaire de quelques ordres de grandeur par rapport aux gyroscopes MEMS commerciaux.
Le CEA-Leti, en collaboration avec le Politecnico di Milano, a atteint ces objectifs en démontrant des performances correspondant au meilleur état de l'art sur des gyroscopes MEMS ultra-miniaturisés.
Gyroscope MEMS : résultat d'une expertise combinée
L'équipe a combiné leur expertise en matière de capteurs très sensibles basés sur des nano-jauges en silicium pour du CEA-Leti et termes de conception de gyroscope pour le Politecnico di Milano. Cette nouvelle solution de gyroscope atteint 0,004°/Öhr ARW et 0,02°/hr de stabilité en moyenne sur plusieurs échantillons testés. Des résultats inégalés pour une empreinte de gyroscope de 1,3 mm².
L'équipe a en effet mis en évidence les performances de l'ARW et de l'instabilité du biais sur des opérations non statiques. Après une navigation de 9 minutes en cours d'opération où le gyroscope est incliné de manière répétée par des rotations d'angle constant de 180° et par un mouvement aléatoire CA avec une valeur crête à crête d'environ 200 dps. L'erreur d'angle résiduelle à la fin de la navigation correspond à seulement 0,07°.
L'équipe a notamment obtenu ce résultat sans compensation par filtre de Kalman.
Pour maintenir des coûts de fabrication faibles, l'équipe s'est concentrée à la fois sur la taille du capteur et sur la robustesse du procédé de fabrication. Le gyroscope du CEA-Leti et du Politecnico di MilanoNEMS est entièrement compatible avec les fonderies MEMS standard. Compatible surtout pour les marchés à fort volume tels que l'industrie automobile.
« Cette amélioration des performances ne doit pas s'accompagner d'un coût élevé. Le but étant qu'ils puissent se vendre à un prix compétitif sur les marchés de gros volumes. Des marchés tels que la vente d'automobile et celui des consommateurs ».
Une co-intégration du gyroscope à 3 axes.
L'équipe a fabriqué ces gyroscopes sur la ligne pilote en silicium du CEA-Leti. Ils peuvent être co-intégrés avec un accéléromètre 3 axes haute performance et des capteurs de pression barométrique. Parce qu'elle est compatible avec la plupart des procédés de fonderie MEMS, cette technologie pourrait atteindre les marchés d'ici à deux ans, selon l'institut de recherche.
Les gyroscopes ne dépassent pas 2 millimètres carrés par axe de mesure. Ils sont fabriqués à l'aide de la technologie MEMS standard et d'un emballage sous vide au niveau de la plaquette. L'équipe a également veillé à ce que la fréquence de résonance soit supérieure à 25 kHz. L'objectif étant qu'il puisse résister aux environnements de vibrations classiques.
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