Analyse multi-physique des sources de défiabilisation du microcontact ohmique dans les interrupteurs MEMS

Research on electrical contact characterization for microelectromechanical system (MEMS) switches has been driven by the necessity to reach a high-reliability level for micro-switch applications. One of the main failure observed when aging devices with gold contacts is the increase of the electrical contact resistance. It is related to degradations of the surface topography caused by heating, adhesion forces, etc. In this paper we investigate the performance of gold and an alternative material, ruthenium, using a methodology dedicated to MEMS contacts: a nanoindenter is used to actuate mechanically the structure, providing an accurate control of the force applied and of the resulting displacement. The electrical resistance is measured by cross rods technique "four wires" to avoid any measurement of the wire access resistances. A high resolution source meter with programmed voltage compliance and micro voltmeter is used. The test vehicles are surface micromachined on silicon substrate. Dedicated tests and modelling are presented with 5 µm² square bumps under mechanical load (until 250µN) and electrical current (1mA-100mA). Analyses of contact force dependence, temperature dependence, adhesion forces, evolution of the contact area, creep behavior and topological modifications are discussed. Regarding the results, better understanding of micro-contact behavior related to the impact of current at low- to medium-power levels is obtained. Contact heating until the softening temperature is found to be the main factor leading to shift of mechanical properties of contact materials and topological modifications. Finally an enhanced stability of the bimetallic contact was demonstrated considering sensitivity to power increase.

Data and Resources

Additional Info

Field Value
Source https://theses.hal.science/tel-00862813
Author Broué, Adrien
Maintainer CCSD
Last Updated May 9, 2026, 17:23 (UTC)
Created May 9, 2026, 17:23 (UTC)
Identifier tel-00862813
Language fr
Rights https://about.hal.science/hal-authorisation-v1/
contributor Équipe MIcro et Nanosystèmes pour les Communications sans fil (LAAS-MINC) ; Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS) ; Université Toulouse Capitole (UT Capitole) ; Communauté d'universités et établissements de Toulouse (Comue de Toulouse)-Communauté d'universités et établissements de Toulouse (Comue de Toulouse)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse) ; Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Communauté d'universités et établissements de Toulouse (Comue de Toulouse)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Communauté d'universités et établissements de Toulouse (Comue de Toulouse)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J) ; Communauté d'universités et établissements de Toulouse (Comue de Toulouse)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Communauté d'universités et établissements de Toulouse (Comue de Toulouse)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Communauté d'universités et établissements de Toulouse (Comue de Toulouse)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole) ; Communauté d'universités et établissements de Toulouse (Comue de Toulouse)-Communauté d'universités et établissements de Toulouse (Comue de Toulouse)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse) ; Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Communauté d'universités et établissements de Toulouse (Comue de Toulouse)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Communauté d'universités et établissements de Toulouse (Comue de Toulouse)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J) ; Communauté d'universités et établissements de Toulouse (Comue de Toulouse)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Communauté d'universités et établissements de Toulouse (Comue de Toulouse)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Communauté d'universités et établissements de Toulouse (Comue de Toulouse)
creator Broué, Adrien
date 2012-06-19T00:00:00
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metadata_modified 2025-10-24T00:00:00
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