Conception, réalisation et optimisation de capteurs de gaz sélectifs à base de couches sérigraphiées d'oxydes semi-conducteurs PDF Download
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Author: Pascale Dutronc
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Languages : fr
Pages : 170
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Book Description
L'ETUDE S'INSCRIT DANS LE CADRE D'UNE COLLABORATION AVEC GAZ DE FRANCE, ET CONCERNE L'ELABORATION DE CAPTEURS DE GAZ REALISES EN COUCHES EPAISSES POUR UN USAGE DOMESTIQUE. LA CONCEPTION DE NOUVEAUX CAPTEURS MINIATURISES ET AUTONOMES AINSI QUE L'OPTIMISATION DU MATERIAU SENSIBLE, DE LA NATURE DES ELECTRODES, DES TRAITEMENTS THERMIQUES ET GAZEUX ET DES CONDITIONS DE FONCTIONNEMENT PERMETTENT DE PROPOSER DEUX DISPOSITIFS DIFFERENTIELS ORIGINAUX, POUR LA DETECTION SELECTIVE DE METHANE VIS-A-VIS DES VAPEURS D'ETHANOL. LE PREMIER UTILISE LA DIFFERENCE ENTRE LES PROPRIETES DE DEUX CATALYSEURS AJOUTES A L'OXYDE SEMI-CONDUCTEUR; LE DEUXIEME PERMET DE TENIR COMPTE NON SEULEMENT DE L'EVOLUTION DE LA CONDUCTANCE D'UNE COUCHE SEMI-CONDUCTRICE, MAIS AUSSI DE LA TEMPERATURE DIFFERENTIELLE ENTRE DEUX CAPTEURS
Author: Pascale Dutronc
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Languages : fr
Pages : 170
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L'ETUDE S'INSCRIT DANS LE CADRE D'UNE COLLABORATION AVEC GAZ DE FRANCE, ET CONCERNE L'ELABORATION DE CAPTEURS DE GAZ REALISES EN COUCHES EPAISSES POUR UN USAGE DOMESTIQUE. LA CONCEPTION DE NOUVEAUX CAPTEURS MINIATURISES ET AUTONOMES AINSI QUE L'OPTIMISATION DU MATERIAU SENSIBLE, DE LA NATURE DES ELECTRODES, DES TRAITEMENTS THERMIQUES ET GAZEUX ET DES CONDITIONS DE FONCTIONNEMENT PERMETTENT DE PROPOSER DEUX DISPOSITIFS DIFFERENTIELS ORIGINAUX, POUR LA DETECTION SELECTIVE DE METHANE VIS-A-VIS DES VAPEURS D'ETHANOL. LE PREMIER UTILISE LA DIFFERENCE ENTRE LES PROPRIETES DE DEUX CATALYSEURS AJOUTES A L'OXYDE SEMI-CONDUCTEUR; LE DEUXIEME PERMET DE TENIR COMPTE NON SEULEMENT DE L'EVOLUTION DE LA CONDUCTANCE D'UNE COUCHE SEMI-CONDUCTRICE, MAIS AUSSI DE LA TEMPERATURE DIFFERENTIELLE ENTRE DEUX CAPTEURS
Author: Béatrice Rivière
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Languages : fr
Pages : 236
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Ce travail s'inscrit dans le cadre de la miniaturisation des capteurs de gaz à base d'oxydes semi-conducteurs (SnO2). L'objectif de l'étude est de déposer des couches sensibles par sérigraphie sur des substrats chauffants en silicium. La première partie a consisté à acquérir une base de compétences sur la technique de dépôt par sérigraphie. De nombreux paramètres tels que la composition des encres, les conditions de dépôts et de recuit ont été étudiés. La seconde partie concerne le travail de compatibilité entre la technique de sérigraphie et les supports microélectroniques. Le principal problème a été d'améliorer l'adhésion entre le substrat silicium et la couche sensible sans dégrader sa conductivité électrique. La solution retenue a consisté à remplacer le liant minéral par un précurseur de l'élément à déposer. Cette substitution permet d'améliorer le frittage du SnO2 et l'accrochage entre la couche et le support microélectronique.
Author: Yacine Halfaya
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Languages : fr
Pages : 0
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Le travail de la thèse s'articule sur le développement d'un nouveau type de capteurs de gaz à base des matériaux semi-conducteurs III-Nitrure (Les nitrures de gallium). Ces matériaux présentent de nombreux avantages qui pourraient être utilisées pour concevoir des capteurs NOx sensibles et sélectifs pour le contrôle des pollutions émises par la ligne d'échappement Diesel. Afin de limiter et déduire les gaz polluants émis par les moteurs à explosion en générale et les moteurs Diesel en particuliers (NO, NO2, NH3, CO, ...), différentes normes européennes ont été établies. Pour respecter ces normes, plusieurs modifications sur les moteurs et les lignes d'échappement des véhicules ont été effectuées (filtres à particules, catalyseurs, capteurs NOx, ...). Les capteurs NOx utilisés actuellement sont à base d'électrolyte solide. Ils sont basés dans leur fonctionnement sur la mesure de la concentration d'oxygène présente dans le gaz d'échappement qui permet de son tour l'estimation de la concentration totale des gaz NOx (mesure indirecte). Ces capteurs ne détectent pas le NH3 à la sortie de la ligne d'échappement, et ne donnent pas une information précise sur le rapport entre NO et NO2 (manque de sélectivité) qui est un facteur important pour le bon fonctionnement de catalyseur sélectif SCR (amélioration de rendement) ; d'où la nécessité d'un capteur de gaz plus performant et en particulier sélectif afin d'améliorer les systèmes de contrôle, de post-traitement et de diagnostic. Notre approche consiste à utiliser un transistor HEMT (High Electron Mobility Transistor) à gaz bidimensionnel d'électrons à base de nitrure de Gallium avec l'association d'une couche fonctionnelle à la place de la grille. L'interaction des molécules de gaz avec cette couche fonctionnelle donne une signature (variation de signal de sortie) spécifique pour chaque type de gaz qui aide à l'amélioration de la sélectivité. Le projet contient deux parties : l'optimisation de la structure choisie et l'optimisation de la couche fonctionnelle afin d'obtenir une détection sélective entre les différents gaz polluants. Cette technologie est intéressante pour développer des capteurs de gaz grâce aux possibilités de détecter des faibles variations de tensions et aux possibilités de fonctionnement dans des environnements sévères. La thèse de doctorat s'inscrit dans le cadre de l'OpenLab materials and processes en collaboration entre le laboratoire Georgia-Tech lorraine et l'entreprise Peugeot-Citroën PSA.
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Publisher: Ed. Techniques Ingénieur
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Languages : fr
Pages : 16
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Author: Brieux Durand
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Languages : fr
Pages : 198
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Au cours des dernières années, les efforts de recherche et de développement pour les capteurs de gaz se sont orientés vers l'intégration de nanomatériaux afin d'améliorer les performances des dispositifs. Ces nouvelles générations promettent de nombreux avantages notamment en matière de miniaturisation et de réduction de la consommation énergétique. Par ailleurs, la détection sous gaz (sensibilité, seuil de détection, temps de réponse, ...) s'en retrouve améliorée à cause de l'augmentation du ratio surface/volume de la partie sensible. Ainsi, de tels capteurs peuvent être intégrés dans des systèmes de détections ultrasensibles, autonomes, compactes et transportables. Dans cette thèse, nous proposons d'utiliser des réseaux verticaux de nanofils semi-conducteurs pour créer des dispositifs de détection de gaz hautement sensibles, sélectifs, avec une faible limite de détection (de l'ordre du ppb) et intégrable dans des technologies CMOS, tout en étant générique et adaptable à plusieurs types de matériaux afin de discriminer plusieurs gaz. Une première partie expose la mise au point d'un procédé grande échelle, reproductible, compatible avec l'industrie actuelle des semi-conducteurs (CMOS), pour obtenir un capteur basé sur une architecture 3D à nanofils. Le dispositif est composé de deux contacts symétriques en aluminium à chaque extrémité des nanofils, dont l'un est obtenu par l'approche dite du " pont à air ", permettant la définition d'un contact tridimensionnel au sommet du nanofil. La seconde partie présente les performances sous gaz des dispositifs développés et les mécanismes de fonctionnement. Le capteur démontre des performances record en matière de détection du dioxyde d'azote (30% à 50 ppb) en comparaison à l'état de l'art (25% à 200 ppb). De plus, cette approche permet de mesurer de très faibles concentrations de ce gaz (
Author: Colette Bayle
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Languages : fr
Pages : 95
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L'ETUDE DE LA DETECTION DU METHANE A L'AIDE DE COUCHES EPAISSES D'OXYDE SEMI-CONDUCTEUR SR::(1-Y) CA::(Y) FEO::(3-)X (0
Author: Camelia Matei Ghimbeu
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Languages : fr
Pages : 185
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La demande de capteurs de gaz performants simples, petits, et de faible coût est d'un grand intérêt si l'on prend en considération les problèmes de santé et d'environnement. C'est pourquoi nous avons décidé de développer la fabrication de couches minces d'oxydes métalliques semiconducteurs, qui présentent une bonne affinité vis-à-vis de beaucoup de gaz polluants, mais, qui, cependant, présentent un problème de sensibilité croisée et, qui, aussi, doivent fonctionner à températures élevées. Ces couches minces (SnO2, SnO2 dopé cuivre, WO3, In2O3, In2O3 dopé étain, ZnO) ont été déposées sur des plaquettes d'alumine recouverte partiellement de platine à l'aide d'une nouvelle technique de déposition: le Spray électrostatique, qui permet une grande flexibilité des paramètres de déposition (température, débit, vitesse du flux,.....). La Microscopie Electronique en Balayage et en Transmission ont révélé une nano structure homogènedont la morphologie présente la porosité désirée. Les analyses par Dispersion et Diffraction de Rayons X, ainsi que la spectroscopie Raman ont montré que ces couches minces ont obtenu la cristallinité désirée, ainsi qu'une bonne pureté, pour l'emploi en capteurs de gaz. Nous avons alors évalué les performances des couches minces pour la détection de différents gaz polluants de nature réductrice ou oxydante: H2S, SO2, NO2. De toutes les compositions étudiées, c'est l'oxyde d'étain dopé de 1% de cuivre (Cu-SnO2) qui s'est montré le plus sensible pour la détection de H2S, à basse température, sans présenter de sensibilité croisée aux deux autres gaz. Les couches minces d'oxyde de tungstène (WO3) présentent la meilleure sensibilité pour NO2, à 150°C, de toutes les compositions. Malheureusement, la réponse à NO2 interfère avec la réponse à H2S. Pour lever cette ambiguïté, on peut utiliser des couches minces d'oxyde de zinc (ZnO), qui présente une très grande sensibilité à NO2, par rapport à SO2 et H2S. Enfin, nous avons trouvé que toutes les compositions de couches minces étaient pratiquement insensibles à SO2. Sur la base de ces résultats, nous pouvons proposer la conception d'une matrice miniaturisée de capteurs permettant de détecter et de quantifier un mélange des gaz H2S/NO2
Author: Didier Jamois
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Languages : fr
Pages : 195
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LA PHASE OXYNITRURE DE COMPOSITION VARIABLE ZNGEON A STRUCTURE TETRAEDRIQUE A ETE ETUDIEE EN VUE DE SON APPLICATION COMME CAPTEUR DE GAZ SEMI-CONDUCTEUR A VARIATION DE CONDUCTIVITE ELECTRIQUE. DES TRAVAUX RECENTS DU LABORATOIRE DE CHIMIE DES MATERIAUX DE RENNES ONT REVELE LES GRANDES POTENTIALITES DE ZNGEON POUR LA DETECTION SELECTIVE DE L'AMMONIAC DANS L'AIR. CETTE ETUDE PRELIMINAIRE AVAIT ETE REALISEE AVEC DES PASTILLES OBTENUES A PARTIR DE POUDRE COMPRIMEE. AFIN D'AMELIORER LES PROPRIETES DU MATERIAU ET DE L'ADAPTER A UNE PRODUCTION INDUSTRIELLE, ON A ADOPTE LA TECHNOLOGIE HYBRIDE GRACE A LAQUELLE ON PEUT REALISER UN CAPTEUR MINIATURE INTEGRANT DES ELECTRODES DE MESURE ET UN MICROFOUR. L'ETUDE DE LA COPRECIPITATION DE ZN#2GEO#4 PRECURSEUR DE ZNGEON, A PERMIS DE MIEUX MAITRISER LA GRANULOMETRIE DE L'OXYNITRURE, CONDITION NECESSAIRE A LA REALISATION D'UNE ENCRE SERIGRAPHIABLE. L'EFFET DE LA MORPHOLOGIE DES POUDRES SUR LA COMPOSITION CHIMIQUE DE ZNGEON ET SUR LA SENSIBILITE DES CAPTEURS AUX GAZ A EGALEMENT ETE ETUDIEE. CES PREMIERS CAPTEURS PRESENTENT UNE TRES BONNE SENSIBILITE AUX GAZ POSSEDANT UN OU DEUX DOUBLETS D'ELECTRONS LIBRES (NH#3, N#2H#4, H#2S...), DE FACON SELECTIVE VIS-A-VIS D'AUTRES GAZ REDUCTEURS (CH#4, C#4H#1#0, H#2, CO...). LES SEUILS DE DETECTION ONT ETE CONSIDERABLEMENT AMELIORES: ENVIRON 5 PPM POUR L'AMMONIAC ET BEAUCOUP MOINS POUR LE SULFURE D'HYDROGENE. DES GAINS EN SENSIBILITE ET EN STABILITE SONT ENCORE POSSIBLES EN OPTIMISANT LES PARAMETRES DE FABRICATION DE L'ENCRE ET SES CARACTERISTIQUES RHEOLOGIQUES ET EN APPORTANT DES SOLUTIONS TECHNIQUES A L'ACQUISITION ET AU TRAITEMENT DES REPONSES ELECTRIQUES DU CAPTEUR. LE TRANSFERT SUR UN PLAN INDUSTRIEL DU SAVOIR-FAIRE ACQUIS REPOSE MAINTENANT SUR UNE ETUDE PLUS POUSSEE DE LA REPRODUCTIBILITE ET DE LA STABILITE DES PROPRIETES DE DETECTION DU MATERIAU ZNGEON. LE NOUVEAU BANC-TEST AUTOMATISE MIS EN PLACE AU LABORATOIRE DOIT POUVOIR REPONDRE A CETTE ATTENTE
Author: CELINE.. LOUIS EUGENE DIT PICARD
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Languages : fr
Pages : 184
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LES PHASES OXYNITRURES DE TYPE ZNGEON POSSEDENT UNE STRUCTURE TETRAEDRIQUE. CE SONT DES SEMI-CONDUCTEURS BONS CANDIDATS POUR LA DETECTION DE CERTAINS GAZ COMME L'AMMONIAC ET L'HYDROGENE SULFURE DANS L'AIR. ZNGEON PEUT ETRE UTILISE COMME CAPTEUR SPECIFIQUE MAIS, A CAUSE DE SA RESISTANCE ELECTRIQUE ELEVEE, SON UTILISATION GRAND PUBLIC A FAIBLE COUT EST DIFFICILEMENT ENVISAGEABLE. AFIN DE MODIFIER LES PROPRIETES ELECTRIQUES DE CES COMPOSES, NOUS AVONS PREPARE UNE NOUVELLE PHASE OXYNITRURE DE CADMIUM ET DE GERMANIUM DESIGNEE PAR LA FORMULE GENERALE CDGEON. CETTE PHASE A ETE CARACTERISEE SUR LE PLAN MORPHOLOGIQUE, CHIMIQUE ET CRISTALLOGRAPHIQUE. LES PHASES CDGEON PRESENTENT UN DOMAINE DE COMPOSITION DANS LEQUEL VARIENT SIMULTANEMENT LE RAPPORT CD/GE ET LE TAUX EN AZOTE. ELLES SONT PREPAREES PAR CHAUFFAGE SOUS COURANT D'AMMONIAC DE POUDRES REACTIVES DE PRECURSEURS OXYGENES CDGEO ELABOREES PAR COPRECIPITATION SELON DES METHODES DE CHIMIE DOUCE. LES OXYNITRURES CDGEON POSSEDENT UNE STRUCTURE TETRAEDRIQUE QUI DERIVE DE CELLE DE LA WURTZITE TYPE ZNGEON. NOUS AVONS ENSUITE REALISE SELON LA TECHNOLOGIE COUCHES EPAISSES UN CAPTEUR MINIATURE INTEGRANT DES ELECTRODES DE MESURES ET UN MICROFOUR. LES TESTS EFFECTUES SUR LES CAPTEURS CDGEON AINSI SERIGRAPHIES METTENT EN EVIDENCE UNE DIMINUTION DE LA CONDUCTANCE DE BASE PAR RAPPORT A ZNGEON (G#A#I#R#-#C#D#G#E#O#N = 10#-#6 #-#1 ET G#A#I#R#-#Z#N#G#E#O#N = 10#-#9 #-#1 A 250C). CES CAPTEURS PERMETTENT LA DETECTION DES GAZ REDUCTEURS TELS QUE H#2S ET NH#3 (G AUGMENTE) ET DES GAZ OXYDANTS NO#X (G DIMINUE). ILS PRESENTENT PAR EXEMPLE UNE GRANDE SENSIBILITE AUX COMPOSES SOUFRES SOUS ATMOSPHERE OXYGENEE ET NON OXYGENEE (LA SENSIBILITE DU CAPTEUR CARACTERISEE PAR G/G A COMME VALEUR 2500% POUR 10 PPM DE H#2S DANS L'AIR). LES NOUVEAUX CAPTEURS DE GAZ QUE NOUS AVONS PREPARES ET CARACTERISES SONT TRES SENSIBLES ET SELECTIFS
Author: Camelia Matei Ghimbeu
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Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
La demande de capteurs de gaz performants simples, petits, et de faible coût est d'un grand intérêt si l'on prend en considération les problèmes de santé et d'environnement. C'est pourquoi nous avons décidé de développer la fabrication de couches minces d'oxydes métalliques semiconducteurs, qui présentent une bonne affinité vis-à-vis de beaucoup de gaz polluants, mais, qui, cependant, présentent un problème de sensibilité croisée et, qui, aussi, doivent fonctionner à températures élevées. Ces couches minces (SnO2, SnO2 dopé cuivre, WO3, In2O3, In2O3 dopé étain, ZnO) ont été déposées sur des plaquettes d'alumine recouverte partiellement de platine à l'aide d'une nouvelle technique de déposition: le Spray électrostatique, qui permet une grande flexibilité des paramètres de déposition (température, débit, vitesse du flux,.....). La Microscopie Electronique en Balayage et en Transmission ont révélé une nano structure homogène dont la morphologie présente la porosité désirée. Les analyses par Dispersion et Diffraction de Rayons X, ainsi que la spectroscopie Raman ont montré que ces couches minces ont obtenu la cristallinité désirée, ainsi qu'une bonne pureté, pour l'emploi en capteurs de gaz. Nous avons alors évalué les performances des couches minces pour la détection de différents gaz polluants de nature réductrice ou oxydante: H2S, SO2, NO2. De toutes les compositions étudiées, c'est l'oxyde d'étain dopé de 1% de cuivre (Cu-SnO2) qui s'est montré le plus sensible pour la détection de H2S, à basse température, sans présenter de sensibilité croisée aux deux autres gaz. Les couches minces d'oxyde de tungstène (WO3) présentent la meilleure sensibilité pour NO2, à 150°C, de toutes les compositions. Malheureusement, la réponse à NO2 interfère avec la réponse à H2S. Pour lever cette ambiguïté, on peut utiliser des couches minces d'oxyde de zinc (ZnO), qui présente une très grande sensibilité à NO2, par rapport à SO2 et H2S. Enfin, nous avons trouvé que toutes les compositions de couches minces étaient pratiquement insensibles à SO2. Sur la base de ces résultats, nous pouvons proposer la conception d'une matrice miniaturisée de capteurs permettant de détecter et de quantifier un mélange des gaz H2S/NO2.
