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Nowadays, various competitions between manufacturers take place in the field of MEMS (Micro- Electro-Mechanical Systems), due to the quest for continuous performance improvement in terms of miniaturisation, integration, costs effectiveness etc. This thesis is a step towards the development of IC-compatible bulk acoustic MEMS resonators. The main goal consists in validating the principle of electrostatic actuation of the thickness‒extensional acoustic waves into mono-crystalline substrates and also to explore the energy-trapping possibility provided by this mode. A novel single-port silicon structure fixed on a glass support was studied and analytically modelled to be implemented into a micro-fabrication process. The original models elaborated for a structure vibrating in both thickness‒extensional and flexural modes allowed the estimation of the electrical equivalent circuit parameters and of the static and dynamic mechanical displacements. A two-dimensional theoretical approach based on the dispersion curves estimation of a silicon plate was presented and the means to localize the acoustic energy in the central region of the structure were evaluated. By using the available micro-manufacturing techniques at the MIMENTO facility of the FEMTO-ST Institute, several runs were performed on silicon wafers. The resonators fundamental vibration frequencies range around 10 MHz for the thickness-extensional mode and around 70 KHz for the flexural mode. The electrical and mechanical characterisation results are thoroughly presented. The devices operating in flexural modes were successfully embedded into a customized Wienbridge oscillator design. Finally a gravimetric sensor application was demonstrated.; Le domaine des résonateurs MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) est aujourd'hui le siège de diverses compétitions entre les producteurs afin d'améliorer les performances en terme de miniaturisation, intégrabilité, coûts de production etc. Ce travail de thèse s'inscrit dans un projet global de développement de résonateurs MEMS à ondes de volume compatibles avec la technologie des circuits intégrées. L'objectif est de valider le principe d'excitation des ondes acoustiques de volume en extension-compression par voie électrostatique dans des substrats monocristallins et aussi d'explorer les possibilités offertes par ces modes pour le confinement de l'énergie acoustique, technique plus largement exploitée dans le domaine des résonateurs à quartz que dans celui des MEMS. En ce sens, une nouvelle structure mono-port en silicium, fixée sur un support en verre, a été étudiée et modélisée analytiquement en vue de son implémentation dans une chaine de fabrication. Les modèles originaux développés dans ce cadre nous ont permis d'estimer les paramètres électriques du circuit équivalent, les déplacements mécaniques statique et dynamique propres au fonctionnement de la structure, autant en mode vibratoire d'extension-compression qu'en mode de flexion. Une étude théorique bidimensionnelle basée sur l'évaluation des courbes de dispersion d'une plaque en silicium a été menée afin d'évaluer les moyens de piégeage de l'énergie au centre de la structure fonctionnant en mode de volume. Tout en exploitant les microtechniques disponibles au sein de la Centrale MIMENTO de l'Institut FEMTO-ST, plusieurs séries de résonateurs ont été fabriquées sur substrat silicium pleine plaque. La fréquence fondamentale de vibration se situe aux alentours de 10 MHz pour le mode d'extension compression et de 70 kHz pour le mode de flexion. On détaille la caractérisation par voie mécanique et électrique. L'intégration des dispositifs fonctionnant en mode de flexion en boucle d'oscillation à l'aide d'un montage à base de point Wien est démontrée ainsi qu'une application de type capteur gravimétrique.

The complexity of microsystems, their multidisciplinarity, the heterogeneity of materials and interfaces with the external environment makes difficult the assessment and control of reliability, which is indispensable for the exploitation of the several innovative opportunities that they offer. The approach we proposed, in this work, to predict the reliability of microsystems is based on the intensive use of modelling and simulation, in the use and environmental conditions of micro-system (mission profile), thus by combining the reliability evaluation in the design process: before undertaking any type of functional modelling VHDL-AMS, reliability objectives are expressed explicitly in the specification of the micro-system, as well as the most common performance goals. To support our work, we applied this approach for predicting the reliability for two types of microsystems: - Electro-thermal micro-actuators. - Capacitive RF MEMS switches.; La complexité des microsystèmes, leur multidisciplinarité, l'hétérogénéité des matériaux utilisés et les interfaces avec l'environnement extérieur rendent difficiles l'évaluation et la maîtrise de leur fiabilité indispensables pour l'exploitation des nombreuses possibilités innovantes qu'ils offrent. L'approche que nous avons proposée dans ce travail, afin de prédire la fiabilité des microsystèmes, se fonde sur l'usage intensif de la modélisation et de la simulation, dans les conditions d'usage du microsystème (profil de mission), en associant donc l'évaluation de la fiabilité à la démarche de conception : avant d'entreprendre une modélisation fonctionnelle de type VHDL-AMS, les objectifs de fiabilité sont exprimés explicitement dans le cahier des charges du microsystème, au même titre que les objectifs plus habituels de performances. Afin de supporter nos travaux, nous avons appliqué cette démarche de prédiction de la fiabilité sur deux types de microsystèmes : - des micro-actionneurs électrothermiques. - des commutateurs RF capacitifs à actionnement électrostatique.

The present work proposes to use the tunnel current as a sensor to manipulate an object with micrometric dimensions. The use of such a sensor is proposed as an alternative to optical sensors, commonly used to measure or control the position of objects at a micrometric or nanometric scale. This work shows that the tunnel current can be controlled simultaneously with an electrostatic actuator and a piezoelectric actuator to tackle difficulties relative to the reduction of scale, such as drifts or measurement noise. For that purpose, an experimental set-up has been built-up at the GIPSA-Lab in the framework of this PhD. A robust control strategy has been implemented in this set-up to control the position of a microcantilever with an accuracy below the ångström at a speed higher than several hundred of Hertz., Ce doctorat propose l'utilisation d'un capteur à courant tunnel pour manipuler un objet à dimensions microscopiques. L'utilisation de ce capteur est proposée comme une alternative aux capteurs optiques couramment utilisés en nanotechnologie pour caractériser des objets mobiles. De plus, dans un contexte de nanopositionnement, sa mise en oeuvre ne peut se faire sans l'application d'outils de commande. Nous avons démontré que l'utilisation du courant tunnel couplé à un actionnement électrostatique répond aux problématiques récentes dans le domaine du nanopositionnement (correction de dérives, augmentation conjointe de la rapidité de manipulation et de la précision). Pour cela, une plate forme a été construite dans le cadre de ce doctorat. Cette plateforme a pour but de permettre le contrôle de déplacements d'un micro objet sans le toucher par courant tunnel. En particulier, cette plateforme a permis de contrôler la position d'une micropoutre avec une précision de l'ordre de la dizaine de picomètres en milieu bruité.

Since few years, the MEMS technology for microwave applications has grown up with the potential toimprove the circuit and device performances. Several components have been designed and demonstrate animportant reduction of loss and a higher linearity than their main counterparts: the semi-conductor components.This work investigates the MEMS switches design and their integration in tunable microwave systems.Thus, we first present a state of art of this MEMS technology and the MEMS microwave devices. Themicromachined switches operation is investigated. The main advantages, drawbacks and some applicationswhere these components could improve the performances are discussed.The second part of this work is dedicated to the mechanical and electromagnetical design of a DCcontact switch. The main objective of this work was to realise a reliable component which present goodperformances. The switch optimisation is presented and discussed with the corresponding mechanical andelectric measurements.The last part of this memory addresses the development of new switchable microwave circuit topologyincluding DC contact micro relays. Three applications are discussed; some tunable filters are developed with ahigh tuning in frequency (22% for the first one and 44% for the other). We also present how to preserve thedevice losses to a low level, and keep high the quality factor of these systems.Key words: MEMS, micromechanical devices, micro-relays, switches, electrostatic actuation, contact resistance,biasing network, reconfigurable systems, tunable filters, quality factor.; La technologie MEMS pour les applications hyperfréquences, s'est développée depuis quelques annéesavec pour objectif d'améliorer les performances des circuits et dispositifs microondes. De nombreux composantsont été développés, démontrant alors une importante réduction des pertes et une plus grande linéarité que leursprincipaux concurrents: les composants semi-conducteurs. Notre étude a porté donc sur la conception d'unmicro-commutateur et son intégration dans des circuits microondes reconfigurables.Dans un premier temps, nous présentons dans le manuscrit un état de l'art de la technologie MEMS etdes composants hyperfréquences qui en résultent. Le fonctionnement de commutateurs micromécaniques y estplus particulièrement étudié. Les principaux atouts et limitations sont également présentés avec quelquesdomaines d'application où ces composants peuvent contribuer à une amélioration de performances.La seconde partie de ces travaux est dédiée à la conception mécanique et électromagnétique d'un microcommutateurà contact ohmique. L'objectif de cette étude était de réaliser un composant fiable avec de bonnesperformances. L'optimisation de ce composant y est présentée, validée par des performances mécaniques etélectriques des dispositifs réalisés.La dernière partie de ces travaux concerne le développement de nouvelles topologies de circuitshyperfréquences reconfigurables équipés de micro-commutateurs à contact ohmique. Nous y présentons troisapplications dont la conception de filtres passe-bande avec un accord discret sur une large plage de fréquences(20% et 44% d'accord). Nous montrons également comment maintenir les pertes de ces dispositifs à un faibleniveau, en conservant les facteurs de qualité de ces composants reconfigurables à une valeur élevée.

Since few years, the MEMS technology for microwave applications has grown up with the potential toimprove the circuit and device performances. Several components have been designed and demonstrate animportant reduction of loss and a higher linearity than their main counterparts: the semi-conductor components.This work investigates the MEMS switches design and their integration in tunable microwave systems.Thus, we first present a state of art of this MEMS technology and the MEMS microwave devices. Themicromachined switches operation is investigated. The main advantages, drawbacks and some applicationswhere these components could improve the performances are discussed.The second part of this work is dedicated to the mechanical and electromagnetical design of a DCcontact switch. The main objective of this work was to realise a reliable component which present goodperformances. The switch optimisation is presented and discussed with the corresponding mechanical andelectric measurements.The last part of this memory addresses the development of new switchable microwave circuit topologyincluding DC contact micro relays. Three applications are discussed; some tunable filters are developed with ahigh tuning in frequency (22% for the first one and 44% for the other). We also present how to preserve thedevice losses to a low level, and keep high the quality factor of these systems.Key words: MEMS, micromechanical devices, micro-relays, switches, electrostatic actuation, contact resistance,biasing network, reconfigurable systems, tunable filters, quality factor., La technologie MEMS pour les applications hyperfréquences, s'est développée depuis quelques annéesavec pour objectif d'améliorer les performances des circuits et dispositifs microondes. De nombreux composantsont été développés, démontrant alors une importante réduction des pertes et une plus grande linéarité que leursprincipaux concurrents: les composants semi-conducteurs. Notre étude a porté donc sur la conception d'unmicro-commutateur et son intégration dans des circuits microondes reconfigurables.Dans un premier temps, nous présentons dans le manuscrit un état de l'art de la technologie MEMS etdes composants hyperfréquences qui en résultent. Le fonctionnement de commutateurs micromécaniques y estplus particulièrement étudié. Les principaux atouts et limitations sont également présentés avec quelquesdomaines d'application où ces composants peuvent contribuer à une amélioration de performances.La seconde partie de ces travaux est dédiée à la conception mécanique et électromagnétique d'un microcommutateurà contact ohmique. L'objectif de cette étude était de réaliser un composant fiable avec de bonnesperformances. L'optimisation de ce composant y est présentée, validée par des performances mécaniques etélectriques des dispositifs réalisés.La dernière partie de ces travaux concerne le développement de nouvelles topologies de circuitshyperfréquences reconfigurables équipés de micro-commutateurs à contact ohmique. Nous y présentons troisapplications dont la conception de filtres passe-bande avec un accord discret sur une large plage de fréquences(20% et 44% d'accord). Nous montrons également comment maintenir les pertes de ces dispositifs à un faibleniveau, en conservant les facteurs de qualité de ces composants reconfigurables à une valeur élevée.