IMAGINE : Dveloppement de capteurs multilments CF base de rcepteurs magntiques haute rsolution et ha

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IMAGINE Développement de capteurs
multi-éléments CF à base de récepteurs
magnétiques haute résolution et haute
sensibilité
C. Gilles-Pascaud CEA, H. Jaffres CNRS/THALES,
F. Van Dau THALES, F. Alves LGEP, J. Moulin IEF,
N. Dominguez EADS IW, C. Ruaud STATICE
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Sommaire

• Contexte et enjeux dIMAGINE
• Optimisation du design des capteurs CF
• Développement et validation des technologies de
  récepteurs magnétiques
• Magnéto-résistance transverse
• Magnéto-résistance tunnel
• Magnéto-impédance
• Intégration des composants magnétiques

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Contexte et besoins industriels
Contraintes industrielles du CND par CF Détecter
des défauts plus profonds et plus
petits Améliorer la rapidité des
contrôles Limites des capteurs inductifs Mal
adapté aux très petits défauts
Peu sensible à basses
fréquences Balayage 2D (lent et
coûteux) Nécessité dinvestiguer de nouvelles
technologies
Meilleure sensibilité ? Amélioration
du rapport signal à bruit
? Meilleure probabilité de
détection Meilleure résolution spatiale ?
Capteurs multi-éléments
? Réduction des cycles de
contrôle
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IMAGINEImagerie MAGnétique pour l'Inspection à
l'aide de Nanostructures magnétiquEs

• Objectif Développer de nouvelles technologies de
  capteurs magnétiques permettant daméliorer le
  gain en sensibilité et en résolution, et réduire
  les cycles de contrôle
• Résultats attendus
• Démonstrateur avec 100 éléments
  magnéto-résistifs transverses
• Capteur magnéto-résistance tunnel
• - Capteur magnéto-impédance

Deux applications identifiées
Recherche de petits défauts débouchants (50?m)
dans moteurs davion
Détection de fissures sous 16mm dAl dans
assemblages rivetés
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Consortium

• Industriels
• - EADS CCR (spécifications, réalisation
  maquettes, évaluation)
• - STATICE (transfert industriel)

• Laboratoires universitaires
• - LGEP (magnéto-impédance ? conception)
• - IEF (magnéto-impédance ? réalisation)
• - Unité mixte CNRS/THALES (magnéto-résistance
  transv/tunnel)

• Laboratoires de recherche
• - THALES RT (magnéto-résistance transv/tunnel)
• - CEA LIST (simulation, spécifications,
  intégration, évaluation)

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Descriptif technique
Intégration CEA, CNRS, LGEP, STATICE, THALES
Récepteurs magnétiques multi-éléments
Validation Etude transfert industriel CEA, EADS,
STATICE
Optimisation design CEA
Magnéto impédance IEF, LGEP
Magnéto-résistance tunnel CNRS/THALES
Magnéto-résistance transverse CNRS/THALES
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Magnétorésistance transversale
M
Couche mince ferromagnétique
V
avec ? f(H)
I
H
État de lart technologie mature en version
mono-élément Fréquences dc à 2MHz, sensibilité
200 V/T.A Enjeu lié à IMAGINE développement
dune technologie multi-éléments
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Magnétorésistance tunnel
Couche libre
Multicouches magnétiques
Couche isolante
Couche piégée
Variation de champ magnétique
Variation de résistance
État de lart capteur mono-élément mais
dérive thermique limite lutilisation Sensibilité
S72000 V/T.A Enjeu lié à IMAGINE
application des TMR au CND
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Magnétoimpédance
Fil ferromagnétique
Courant alternatif effet de peau
Variation de champ magnétique
Variation dimpédance
État de lart Réalisation unitaire par
assemblage films amorphes/ruban Cuivre Fréquences
qq 10 kHz, sensibilité 1350V/T Enjeu lié à
IMAGINE développer une technologie de
fabrication collective par mise en uvre dun
procédé de dépôt en couches minces
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Optimisation application petits défauts
débouchants

• Inducteur nappe de courant
• Fréquence de travail 1MHz
• Récepteur privilégié magnéto-résistance
• Pas spatial 200 ?m

Spécifications
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Optimisation application défauts enterrés

• Inducteur nappe de courant
• Fréquence quelques dizaines de Hz
• Récepteur privilégié magnéto-impédance
• Pas spatial quelques mm

Spécifications
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Magnétorésistance transversale

• - Amélioration et fiabilisation des étapes de
  lithographie
• - Caractérisation des performances
  reproductibilité des éléments

V (µV)
S 100V/T.A
H (Oe)
- En cours design de la barrette multi-éléments
200 µm
1 puce
Barrette 96 éléments
Pads mesure
20mm
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Magnétorésistance tunnel

• - Optimisation de la croissance des jonctions
  tunnel à base de MgO
• - Mise en uvre dun procédé de lithographie pour
  réaliser une jonction adaptée à un fonctionnement
  linéaire et réversible.

15nm
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Magnétoimpédance
- Réalisation de composants multicouches
Finemet/Cuivre/Finemet en technologie intégrée
Dépôt 1ère couche Finemet
Dépôt Cu
Oxydation Si
Dépôt 2nde couche Finemet
Gravure Cu
Gravure Finemet
- Premiers échantillons obtenus, sensibilité
20V/T.A
750nm
500nm
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Intégration des composants packaging
Application défauts débouchants
Etude dun packaging adapté à un petit entrefer
? Contrainte placer le capteur au plus près de
la surface à inspecter
Signal
Lift-off (mm)
Application défauts enterrés
Réalisation et recette dun capteur CND basses
fréquences
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Conclusion

• Apport des outils de modélisation pour optimiser
  le design des capteurs
• Développement de démonstrateurs à base de
  magnéto-résistance transversale, tunnel et
  magnéto-impédance
• Développement des process technologiques pour
  adapter les capteurs magnétiques aux contraintes
  du CND
• Travaux en cours
• Etude et réalisation du packaging
• Validation des performances