Etude technologique pour l'amélioration des performances d'un capteur de gaz à oxyde métallique: développement d'une plateforme chauffante haute température et intégration de couche sensible nanostructurée
Résumé
In recent years, the development of metal oxides gas sensors has experienced a considerable growth because of an interest more and more important in the protection of environment and people safety. Thanks to technological advances in microelectronics that promote better performances, low costs in terms of consumption and production, these sensors can be used for monitoring air quality in many fields such as transport, industry or housing environment. It is clear that metal oxide sensors sold today present mixed performances. Indeed, despite an interesting sensitivity with a detection threshold around the ppm, those sensors also have low selectivity and great instability, which limit their use to simple detectors. For that matter, these imperfections are the motor of many researches including development of new sensing materials but also new transducers. The goal of this thesis is to prove that it is possible to improve the performances of those metal oxide gas sensors especially on aspects of consumption (<80mW) with a remarkable mechanical stability and electrothermal stability up to 600°C. For that, our work consisted firstly to redefine a new design and then to optimize technological process to develop high-temperature microhotplate. Then we worked on the optimization of ink jet process as a new technological way to integrate nanoparticular sensitive materials; a way much more reproducibly than current deposition techniques. The first tests were conducted with ZnO nanoparticles and were showed promising results especially for flexible integration of various sensing materials for new multisensors.
Avec les préoccupations actuelles de protection de l'environnement et des personnes, le développement des capteurs de gaz à base d'oxyde métallique connait un essor grandissant. Force est de constater que les capteurs commercialisés aujourd'hui présentent des performances mitigées avec une température de fonctionnement limitée à 450°C. Malgré une sensibilité intéressante avec des seuils de détection autour de quelques ppm, ils présentent une faible sélectivité et de grandes instabilités; ce qui limite leur utilisation à de simples détecteurs. Ces imperfections sont d'ailleurs le moteur de nombreux travaux de recherche notamment sur le développement de nouveaux matériaux de détection mais aussi de nouveaux transducteurs. Le but de cette thèse est de prouver qu'il est possible de bien améliorer les performances de ces capteurs à oxydes métalliques notamment sur les aspects consommation, stabilité mécanique et électrothermique. Pour cela notre travail a consisté dans un premier temps à redéfinir un nouveau design puis à optimiser les procédés technologiques pour réaliser des plateformes chauffantes "haute-température". Nous avons réussi à développer une structure capable de fonctionner jusqu'à 600°C avec une puissance convenable (<80mW) et une remarquable stabilité mécanique et électrique. Ensuite nous avons travaillé sur l'optimisation du procédé jet d'encre comme nouvelle technique d'intégration de couche sensible beaucoup plus robuste et reproductible que les techniques de dépôt actuelles. Les premiers essais ont été effectués avec du ZnO nanoparticulaire et ont montré des résultats prometteurs notamment pour l'intégration de différents matériaux d'un futur multicapteur.
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