FIG 3 - uploaded by Nam-Trung Nguyen
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SEM image of SiC strain sensors. (a) Released SiC micro bridge used for the subsequent fabrication of the nano strain-amplifier; (b) SEM of a micro SiC resistor where the SiC nanowires array were formed using FIB; (c) SEM of non-released SiC nanowires; (d) SEM of locally fabricated SiC nanowires released from the Si substrate (nano strain-amplifier).
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This paper presents an innovative nano strain-amplifier employed to significantly enhance the sensitivity of piezoresistive strain sensors. Inspired from the dogbone structure, the nano strain-amplifier consists of a nano thin frame released from the substrate, where nanowires were formed at the centre of the frame. Analytical and numerical results...
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The surface steps play dramatic roles in surface dominated processes and the related properties, in which these roles would be significantly enhanced for the low-dimensional nano or quantum materials since the ratio of surface atoms is largely increased. However, the atomic structures of surface steps in the nano/quantum systems are poorly understo...
Citations
... Due to the limitation of silicon (Si), silicon carbide (SiC) has attracted great deal of attention as a superior material for operation in harsh environments [8]- [11]. The wide band gap of SiC enables high temperature (above 300 • C) operation of SiC-based electronic devices, such as diodes and transistors [12]- [14]. ...
Silicon carbide (SiC) has been extensively investigated in the last decade, specifically for applications in harsh environments. However, most SiC sensors require an external power supply which cannot operate at high temperatures. This work develops a new sensing technology in a SiC platform based on near field communication to eliminate the requirement for wired power sources. 3C-SiC temperature sensors were fabricated from a SiC-on-insulator substrate formed by anodic bonding. The sensors functioned based on the thermoresistance of the SiC films with the high TCR of -13,000 ppm/K at 300 K and -3,000 ppm/K at 600 K. The change in the resistance of the SiC sensors was wirelessly measured using a reading coil placed outside of the heating chamber, showing a significant shift in the resonant frequency (-400 ppm/K at 600 K) of the couplingimpedance under the variation of temperatures. The proposed technique is promising for the development of wireless wideband- gap sensors used in extreme conditions.
... On notera qu'indépendamment des propriétés intrinsèques des transducteurs, le fait qu'ils soient de dimension nanoscopique permet d'utiliser aussi les technologies MEMS pour fabriquer des corps d'épreuve microscopiques. Des techniques spécifiques de concentration de contraintes peuvent alors être développées [26][27]. ...
De nouvelles applications émergent avec le développement de l’électronique souple comme des panneaux tactiles pliables, ou des capteurs de mouvement humain portables (wearable). Les technologies bien maîtrisées des jauges silicium sont mal adaptées à ces usages (faible élongation maximale, hautes températures de fabrication). Dans ce contexte, il est nécessaire de développer de nouveaux types de jauges. De nombreuses alternatives sont étudiées, qu’on peut diviser en deux catégories principales : les transducteurs nanoscopiques et les transducteurs composites. Dans ce travail, on étudie la possibilité d’utiliser une jonction tunnel MIM (Métal Isolant Métal) comme jauge de contrainte. Ce genre de dispositif est très peu étudié dans la littérature et la structure utilisée est généralement de type MIS (Métal Isolant Semi-conducteur). À chaque fois, la sensibilité du dispositif est expliquée par les propriétés du semi-conducteur (silicium). Les objectifs de cette thèse sont donc la compréhension des propriétés piézorésistives des jonctions MIM, l’optimisation de leur sensibilité et la fabrication d’un démonstrateur exploitant les technologies de la plastronique. Des jonctions de différentes natures (électrodes de différents métaux) sont fabriquées par évaporation et par ALD (Atomic Layer Deposition). La variation du courant en fonction de la contrainte est mesurée grâce à un banc de flexion. Le facteur de jauge associé est indépendant de la nature des électrodes mais varie fortement (de 40 à 75) en fonction du sens de polarisation de la jonction. Le facteur de jauge associé à la variation sous contrainte des paramètres géométriques (épaisseur et surface) est calculé mais reste inférieur à 13. Les phénomènes géométriques ne peuvent donc pas expliquer la sensibilité observée. L’étude de l’équation du courant Fowler Nordheim (identifié comme courant dominant dans nos jonctions) montre que cette sensibilité doit être associée à la variation sous contrainte de la hauteur de barrière aux interfaces métal/isolant, et/ou de la masse effective des électrons dans l’alumine. Des mesures de photoémission sont réalisées pour mesurer la hauteur de barrière des jonctions. À terme, cette méthode pourrait permettre de mesurer la variation sous contrainte, et donc de comprendre pleinement l’origine de la sensibilité des jonctions MIM. Pour finir, un démonstrateur intégrant des jauges MIM à effet tunnel (capteur de pression) est réalisé avec un substrat souple en polyimide rigidifié par une structure imprimée en 3D. Ce dispositif démontre la compatibilité des méthodes de fabrication des MIM avec les technologies souples et plastiques.
Strain engineering has attracted great attention, particularly for epitaxial films grown on a different substrate. Residual strains of SiC have been widely employed to form ultra-high frequency and high Q factor resonators. However, to date, the highest residual strain of SiC was reported to be limited to approximately 0.6%. Large strains induced into SiC could lead to several interesting physical phenomena, as well as significant improvement of resonant frequencies. We report an unprecedented nanostrain-amplifier structure with an ultra-high residual strain up to 8% utilizing the natural residual stress between epitaxial 3C-SiC and Si. In addition, the applied strain can be tuned by changing the dimensions of the amplifier structure. The possibility of introducing such a controllable and ultra-high strain will open the door to investigating the physics of SiC in large strain regimes and the development of ultra sensitive mechanical sensors.
