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Univ. Paris-Saclay
Sondes de quartz pour la micro-robotique intégrée et l'imagerie
Jean Ochin Abrahamian - SPEC / LEPO
Mardi 10/05/2016, 10:30-12:00
Grande salle de visioconférence - Atrium,
Université Pierre et Marie Curie, 4 place Jussieu, 75005 Paris

Résumé :

Les sondes basées sur des résonateurs en quartz sont des capteurs disposant d’une autonomie entermes d’excitation et d’acquisition, et à cet égard présentent de nombreux avantages par rapport auxpoutres cantilever qui ont jusqu’à présent dominé dans les applications de micro-caractérisation directe.Un de ces avantages est qu’elles peuvent êtres embarquées et calibrées sans recours à un système dedéflection laser. Ces outils plus compacts et autosuffisants peuvent en conséquence être aisément intégréset contrôlés au sein d’un microscope électronique à balayage, qui permet une observation globale rapidesouvent privilégiée dans la recherche en micro-robotique. Le développement de ces sondes est de plusavantagé de par le fait qu’elles sont constituées de composants électroniques standards répandus dansle commerce, et qu’elles peuvent être adaptées à des usages spécifiques par l’ajout d’une micro-pointe.Les sondes de quartz dans la littérature sont cependant souvent basées sur des composants à fréquenced’oscillation limitée, et une plus grande vitesse d’opération serait utile à l’ensemble de leurs applications.C’est dans ce contexte que nous nous intéressons à des composants à plus haute fréquence, et au contrôle desondes dans un microscope électronique propre à leur utilisation ciblée en micro-robotique et en imagerie.Les propriétés de ces sondes sont tout d’abord examinées dans le but de pouvoir évaluer et exploiterdes résonateurs à plus haute fréquence; nous montrons ensuite que des sondes basées sur des résonateursà cisaillement d’épaisseur atteignent de plus hautes vitesses en imagerie, ce qui les rend prometteusespour des applications rapides ne requérant pas une haute résolution. Enfin, nous intégrons une sondediapason dans un MEB, et établissons ainsi une preuve de concept pour la cartographie en raideur demicro-membranes fragiles.

 


Quartz probes for embedded micro-robotics and imaging

Abstract :

As self-sensing and self-exciting tools, quartz probes present many advantages over the heretofore dominant silicon cantilevers for mechanical micro-sensing applications. One of these advantages is that they can be embedded and calibrated without the need for a laser deflection setup. The more compact and self-sufficient tools can therefore be readily integrated and controlled with Scanning Electron Microscopy, which is favoured at the smaller scales of micro-robotic research. More generally, the development and use of quartz probes is bolstered by the fact that they can be fabricated from widely commercialized quartz components and customised through the addition of a microtip. The quartz probes found in the literature are however largely based on components with limited oscillation frequencies, and could benefit from higher operating speeds. In this context, we address the frequency improvement and embedded control of AFM probes with regard to their use in targeted micro-robotics and imaging. The properties of quartz probes are first covered towards the evaluation and use of higher frequency components; we next demonstrate that faster scanning can be achieved with quartz probes made from thickness shear resonators, making them suitable for fast applications which do not require high sensitivity. Lastly, we integrate a tuning fork probe inside a SEM, and establish through it a proof of concept for the non-destructive stiffness mapping of fragile micro-membranes.

Keywords: local probe, micro- and nano-robotics, self-sensing AFM, quartz, high frequency,embedding, mechanical characterisation, scanning electron microscopy.

Contact : Laurent PHAM-VAN

 

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