ETUDE D'UN MICRO-SYSTEME CAPTEUR DE GAZ MULTIMEMBRANES MECANISMES D'INTERACTIONS PHYSICO-CHIMIQUES GAZ-OXYDES SEMICONDUCTEURS METALLIQUES DANS DES CONDITIONS ATMOSPHERIQUES ; TRAITEMENT DU SIGNAL ASSOCIE PDF Download
Are you looking for read ebook online? Search for your book and save it on your Kindle device, PC, phones or tablets. Download ETUDE D'UN MICRO-SYSTEME CAPTEUR DE GAZ MULTIMEMBRANES MECANISMES D'INTERACTIONS PHYSICO-CHIMIQUES GAZ-OXYDES SEMICONDUCTEURS METALLIQUES DANS DES CONDITIONS ATMOSPHERIQUES ; TRAITEMENT DU SIGNAL ASSOCIE PDF full book. Access full book title ETUDE D'UN MICRO-SYSTEME CAPTEUR DE GAZ MULTIMEMBRANES MECANISMES D'INTERACTIONS PHYSICO-CHIMIQUES GAZ-OXYDES SEMICONDUCTEURS METALLIQUES DANS DES CONDITIONS ATMOSPHERIQUES ; TRAITEMENT DU SIGNAL ASSOCIE by LAURE.. CHAMBON. Download full books in PDF and EPUB format.
Book Description
CE TRAVAIL CONCERNE LA FAISABILITE D'UN MICRO-SYSTEME CAPTEUR DE GAZ MULTIMEMBRANES A OXYDES METALLIQUES. CE DISPOSITIF EST DESTINE A REPONDRE AU MANQUE DE SELECTIVITE INTRINSEQUE DES CAPTEURS RESISTIFS A OXYDES SEMICONDUCTEURS. APRES UN RAPPEL SUR LES PRINCIPALES CARACTERISTIQUES DES CAPTEURS DE GAZ, JE PRESENTE LES OBJECTIFS PRECIS DE CES TRAVAUX DE RECHERCHE. ILS CONCERNENT, EN PARTICULIER, L'IDENTIFICATION D'UN GAZ A PARTIR D'UN SYSTEME DE MESURE COMPORTANT UN ENSEMBLE DE CAPTEURS DE SENSIBILITES DIFFERENTES, DONT LES REPONSES SERONT COMPAREES A UNE BASE DE DONNEES ISSUE D'UN CALIBRAGE. DANS UNE SECONDE PARTIE, JE M'INTERESSE AUX PROPRIETES DES OXYDES METALLIQUES COMME CAPTEURS DE GAZ. LA TROISIEME PARTIE EST RELATIVE A L'ETUDE EXPERIMENTALE DES REPONSES ISSUES DES CAPTEURS SNO#2 ET NB#2O#5 SOUS L'ACTION DES GAZ CO, NH#3 ET NO#2. L'INTERPRETATION DES MECANISMES REACTIONNELS MIS EN JEU MET EN EVIDENCE L'EXTREME SENSIBILITE DES STRUCTURES ETUDIEES VIS-A-VIS DES CONDITIONS EXPERIMENTALES (TENSION DE POLARISATION, TEMPERATURE D'UTILISATION) ET VIS-A-VIS DES GAZ INTERFERENTS COMMUNEMENT PRESENTS LORS DE MESURES ENVIRONNEMENTALES (OXYGENE, HUMIDITE). EN DERNIER LIEU, DANS UNE PROBLEMATIQUE SIMPLIFIEE (TAUX D'OXYGENE CONSTANT ET TAUX D'HUMIDITE NUL), JE DEMONTRE EXPERIMENTALEMENT QUE L'ASSOCIATION DES CAPTEURS SNO#2, NB#2O#5 ET SNO#2 DOPE PD DANS UN SYSTEME MULTICAPTEURS, SUIVI D'UNE UNITE DE TRAITEMENT DU SIGNAL, CONDUIT A LA DETECTION SELECTIVE DES GAZ CO ET NH#3. JE MONTRE QUE DES QUANTITES INDEPENDANTES DE LA CONCENTRATION EN GAZ AMELIORENT L'EFFICACITE DES METHODES DE RECONNAISSANCE. CEPENDANT, LA DERIVE DES CAPTEURS DANS LE TEMPS APPARAIT COMME LA PRINCIPALE LIMITE A CETTE STRATEGIE MULTICAPTEURS.
Book Description
CE TRAVAIL CONCERNE LA FAISABILITE D'UN MICRO-SYSTEME CAPTEUR DE GAZ MULTIMEMBRANES A OXYDES METALLIQUES. CE DISPOSITIF EST DESTINE A REPONDRE AU MANQUE DE SELECTIVITE INTRINSEQUE DES CAPTEURS RESISTIFS A OXYDES SEMICONDUCTEURS. APRES UN RAPPEL SUR LES PRINCIPALES CARACTERISTIQUES DES CAPTEURS DE GAZ, JE PRESENTE LES OBJECTIFS PRECIS DE CES TRAVAUX DE RECHERCHE. ILS CONCERNENT, EN PARTICULIER, L'IDENTIFICATION D'UN GAZ A PARTIR D'UN SYSTEME DE MESURE COMPORTANT UN ENSEMBLE DE CAPTEURS DE SENSIBILITES DIFFERENTES, DONT LES REPONSES SERONT COMPAREES A UNE BASE DE DONNEES ISSUE D'UN CALIBRAGE. DANS UNE SECONDE PARTIE, JE M'INTERESSE AUX PROPRIETES DES OXYDES METALLIQUES COMME CAPTEURS DE GAZ. LA TROISIEME PARTIE EST RELATIVE A L'ETUDE EXPERIMENTALE DES REPONSES ISSUES DES CAPTEURS SNO#2 ET NB#2O#5 SOUS L'ACTION DES GAZ CO, NH#3 ET NO#2. L'INTERPRETATION DES MECANISMES REACTIONNELS MIS EN JEU MET EN EVIDENCE L'EXTREME SENSIBILITE DES STRUCTURES ETUDIEES VIS-A-VIS DES CONDITIONS EXPERIMENTALES (TENSION DE POLARISATION, TEMPERATURE D'UTILISATION) ET VIS-A-VIS DES GAZ INTERFERENTS COMMUNEMENT PRESENTS LORS DE MESURES ENVIRONNEMENTALES (OXYGENE, HUMIDITE). EN DERNIER LIEU, DANS UNE PROBLEMATIQUE SIMPLIFIEE (TAUX D'OXYGENE CONSTANT ET TAUX D'HUMIDITE NUL), JE DEMONTRE EXPERIMENTALEMENT QUE L'ASSOCIATION DES CAPTEURS SNO#2, NB#2O#5 ET SNO#2 DOPE PD DANS UN SYSTEME MULTICAPTEURS, SUIVI D'UNE UNITE DE TRAITEMENT DU SIGNAL, CONDUIT A LA DETECTION SELECTIVE DES GAZ CO ET NH#3. JE MONTRE QUE DES QUANTITES INDEPENDANTES DE LA CONCENTRATION EN GAZ AMELIORENT L'EFFICACITE DES METHODES DE RECONNAISSANCE. CEPENDANT, LA DERIVE DES CAPTEURS DANS LE TEMPS APPARAIT COMME LA PRINCIPALE LIMITE A CETTE STRATEGIE MULTICAPTEURS.
Author: Pierre Montméat Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
Book Description
Ce travail est relatif au développement de microcapteurs de gaz sélectifs. De façon générale, ces dispositifs sont composés d'un oxyde semi-conducteur, le dioxyde d'étain, associé à deux électrodes métalliques. L'objectif de l'étude est double, d'une part, améliorer la sélectivité par dépôt de filtre catalytique métallique, et d'autre part mieux appréhender les interactions entre l'oxygène, les métaux qu'ils soient utilisés sous forme d'électrode ou de membrane et le dioxyde d'étain. Le dépôt d'un film mince de platine sur une couche épaisse de 20 μm de dioxyde d'étain a permis d'améliorer la sélectivité du dispositif au CH4 en présence de C2H5OH et de CO. En revanche, lorsqu'il a été déposé à la surface d'une couche mince de 70 nm de dioxyde d'étain, le film mince de platine n'a pas rendu possible l'amélioration de la sélectivité du matériau sensible.Par la suite, notre démarche a consisté à évaluer les propriétés physico-chimiques de chaque constituant du dispositif à savoir le dioxyde d'étain, le métal ou l'association des deux. Pour cela, nous avons fait appel à différentes techniques couramment utilisées pour la caractérisation des interactions gaz - solide telles que la catalyse, la calorimétrie ou la mesure électrique. Des effets de synergie entre le métal et l'oxyde vis-à-vis de l'adsorption et des effets électriques de l'oxygène gazeux ont pu être mis en évidence. Ces résultats ont été exploités pour proposer un mécanisme permettant d'expliciter les phénomènes électriques qui interviennent lors de la chimisorption d'oxygène à la surface d'un système regroupant le dioxyde d'étain et un métal. Ce modèle a été confronté aux résultats expérimentaux relatifs à l'influence de l'épaisseur du dioxyde d'étain sur les réponses électriques sous gaz réducteur des capteurs de gaz.
Book Description
Ce mémoire relate l'étude de capteurs de gaz réalisés à base de jonctions pseudo-Schottky (Pd/InP). Ces structures micro-électroniques ont pour objectif la détection et la quantification des gaz oxydants (dioxyde d'azote et ozone) intervenant dans la pollution atmosphérique. Après une description des différentes espèces gazeuses constituant la pollution de l'air troposphérique, de la réglementation en vigueur et des méthodes de mesures des différents polluants, les principales familles de capteurs de gaz potentiellement utilisables dans ce domaine sont détaillées. L'étude des jonctions Métal-Semiconducteur, abordée par l'intermédiaire des deux modèles classiques de Schottky-Mott et de Bardeen, met en evidence l'influence des états d'interface et l'intérêt de réaliser des structures pseudo-Schottky. Des mesures en laboratoire à températures et concentrations variables en NO2 et O3 sont présentées. Elles permettent, en corrélation avec des études XPS et AFM, d'interpréter les interactions gaz/ matériaux et de mettre en évidence la présence d'oxyde de surface et subsurface sur le palladium. Ces tests démontrent la bonne sensibilité et la bonne reproductibilité du capteur vis-à-vis du dioxyde d'azote ainsi que la sélectivité à l'ozone, confirmée lors de tests en atmosphère urbaine sur des sites de mesures d'Atmo Auvergne. Afin d'optimiser les caractéristiques métrologiques de ces capteurs, une méthodologie de mesure originale, basée sur la cinétique réactionnelle associée à une régénération du capteur (augmentation de température associée à l'action d'un gaz réducteur) est présentée. Cette méthodologie permet d'obtenir des mesures reproductibles, en temps réel, des concentrations de dioxyde d'azote et d'ozone
Book Description
Les capteurs de gaz à base d'oxydes métalliques connaissent un engouement croissant pour des applications industrielles, militaires et environnementales. Néanmoins, ces capteurs se montrent peu sélectifs et nécessitent des températures de travail élevées pour obtenir une bonne sensibilité. La nanostructuration des matériaux permet d'augmenter la surface de réaction entre le gaz et le matériau hôte, améliorant ainsi la performance du capteur. ZnO est un semi-conducteur à large gap direct (3,37 eV) possédant de nombreuses propriétés physico-chimiques intéressantes, et aussi un matériau très prometteur pour les capteurs de gaz de type oxyde métallique. L'Elaboration de nanostructures de ZnO a conduit à un grand nombre d'études pour divers domaines d'applications. Dans ce contexte, cette thèse a pour objectif la synthèse des réseaux de nanofils de ZnO par voie hydrothermale et l'étude de leurs propriétés de détection. La première partie de ce travail porte sur l'étude systématique des différents paramètres influençant la synthèse des nanofils de ZnO. Les résultats montrent que la température de croissance, le pH de la solution et le temps de croissance influent sur la morphologie des nanofils de ZnO. Des nanofils avec un facteur d'aspect proche de 30 ont été obtenus sous conditions d'élaboration optimisées. La seconde partie de ce travail consiste en l'étude des propriétés de détection de nanofils de ZnO, par des méthodes électrique et optique. Les mesures électriques montrent une variation de résistance des nanofils, tandis que l'absorption UV révèle un déplacement du bandgap en présence du gaz. Une diminution de la résistance et un blue-shift de bandgap ont été observés lors de la présence d'un gaz réducteur tel que l'éthanol.
Author: Nicolas Dufour Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 182
Book Description
De nombreuses études récentes ont montré la présence de quantités élevées de polluants à l'intérieur de l'habitacle automobile. La solution proposée pour pallier ce problème est l'élaboration d'un capteur de gaz capable de détecter les polluants pénétrant à l'intérieur du véhicule, engendrant la fermeture des volets d'aération lors de l'observation d'un pic de pollution. Les micro-capteurs chimiques à oxydes métalliques sont les meilleurs candidats pour résoudre cette problématique : ils présentent une grande sensibilité à de nombreux gaz, des temps de réponse rapides, et leur coût de production est faible. Leur principal défaut est un manque de sélectivité. Les travaux de recherches effectués ont consisté à mettre au point un micro-dispositif intégrant un réseau multicapteur de gaz à détection conductimétrique : sur une même puce micro-usinée en silicium sont intégrées plusieurs couches sensibles différentes, visant à détecter sélectivement plusieurs gaz : le monoxyde de carbone (CO), le dioxyde d'azote (NO2), l'ammoniac (NH3), l'acétaldéhyde (C2H4O) et le sulfure d'hydrogène (H2S). Pour se faire, trois axes d'études principaux se sont dégagés. La première partie de cette étude s'est portée sur la conception des micro-plateformes chauffantes à l'aide d'un outil de simulations numériques multiphysiques, pour optimiser, d'une part leur structure et leur géométrie afin d'atteindre les performances thermiques escomptées (optimisation du rendement thermoélectrique et minimisation d'interaction d'une cellule à l'autre), et d'autre part les performances thermomécaniques compte tenu de la possibilité d'utiliser un mode de fonctionnement des capteurs en transitoires thermiques rapides. Le modèle obtenu a été validé par comparaison à des mesures physiques. Celui-ci nous a permis d'améliorer le comportement thermique à la surface de la membrane et de réduire les coûts de fabrication en simplifiant le design. La fabrication en centrale technologique de la plateforme multicapteurs a ensuite été réalisée en tenant compte des améliorations proposées par la modélisation. Une étude spécifique sur l'intégration dans le procédé d'une technique industrielle des dépôts des matériaux sensibles par jet d'encre a été menée. Nous avons ainsi mis au point une méthode permettant de déposer rapidement et à bas coûts plusieurs couches sensibles (ZnO, CuO et SnO2) sur une même structure de détection. Enfin, nous avons procédé à l'élaboration d'un système décisionnel, comprenant deux éléments : la mise au point d'un profil optimisé de contrôle des résistances chauffantes et sensibles permettant d'améliorer la sensibilité, la sélectivité et la stabilité, et une analyse multivariée des données. Il a de ce fait été possible de détecter sélectivement la plupart des gaz ciblés (seuls et mélangés) à de faibles concentrations (0,2 ppm de NO2, 2 ppm de C2H4O, 5 ppm de NH3 et 100 ppm de CO).
Book Description
Ce manuscrit est consacré à l'étude et au développement de microsystèmes capteurs de gaz sélectifs au dioxyde d'azote, destinés au contrôle de la qualité de l'air atmosphérique. La stratégie que nous avons développée consiste à associer une structure sensible à base de matériaux semi-conducteurs partiellement sélectifs aux gaz oxydants et des filtres sélectifs à l'ozone. L'objectif premier est la mise en oeuvre et la caractérisation de matériaux chimiques strictement imperméables à l'ozone (O3) et non-réactifs vis-à-vis du dioxyde d'azote (NO2). Notre choix s'est focalisé sur un matériau moléculaire, l'indigo, connu pour sa réactivité vis-à-vis de O3, et plusieurs nanomatériaux carbonés. Pour ces derniers, la possibilité de conformer leurs textures, leurs morphologies et leurs chimies de surface par traitements thermiques, chimiques et mécaniques, permet d'étendre le panel de matériaux potentiels et d'identifier les facteurs d'influence de leur réactivité avec les espèces gazeuses. La caractérisation de l'ensemble de ces matériaux a nécessité l'utilisation de techniques adaptées et complémentaires (adsorption de N2 à 77 K, spectroscopies Raman, XPS, IR en mode ATR, RPE et NEXAFS). Les filtres chimiques les plus efficaces (hauts rendements de filtration et grande durabilité) ont été sélectionnés d'après des tests de soumission aux gaz selon une méthodologie adaptée. Enfin, l'association de ces meilleurs filtres et de la structure capteur a conduit à l'élaboration de prototypes microsystèmes capteurs de gaz optimisés. De plus, une contribution à la compréhension des mécanismes d'interaction de l'indigo et de certains nanocarbones avec O3 et NO2 a aussi permis d'améliorer le microsystème en développant des méthodologies pertinentes et innovantes mais également en réalisant la synthèse de nouveaux filtres indigo / nanocarbone.
Book Description
La problématique générale de cette thèse est la réalisation et I'optimisation de capteurs chimiques à base de dioxyde d'étain intégrés sur silicium, destinés à la détection de gaz. Nos travaux réalisés au sein du Laboratoire Capteur et Intégration de Puissance, associant MOTOROLA, la Région Midi-Pyrénées et le LAAS-CNRS concernent plus particulièrement la membrane et la résistance chauffante qui supportent la couche sensible. La première partie de nos travaux a été consacrée à l'optimisation d'un capteur à membrane silicium à partir d'un capteur développé par la société Microsens. A cet effet, différentes structures et une simulation électro-thermique de l'ensemble du capteur ont été développées pour caractériser son comportement thermique, mécanique ainsi qu'évaluer l'influence des paramètres nécessaires à la simulation. La bonne corrélation entre simulation et expériences, nous a permis de proposer une géométrie optimale pour notre dispositif. De plus, les contraintes résiduelles liées aux techniques d'élaborations et celles présentes dans le capteur fini ont été déterminées. L'ensemble de cette étude a conduit à la mise sur le marché du premier capteur de gaz intégré sur silicium par la société Motorola en novembre 1996. La simulation électro-thermique montre clairement qu'une membrane diélectrique permet d'atteindre des consommations électriques de l'ordre de 100 mW. Dans la deuxième partie de nos travaux, nous avons donc réalisé différentes membranes diélectriques et étudié leur déformation et leur tenue mécanique. Nous avons ainsi développé une nouvelle membrane oxynitrure, réalisée en une seule étape, présentant une excellente tenue mécanique et une faible conductivité thermique. Enfin, à l'aide de la simulation, nous avons proposé une nouvelle géométrie de l'ensemble capteur liée à la présence d'une membrane oxynitrure autorisant une puissance consommée de 65 mW et une diminution par deux de la taille de la puce.
Author: N'Goran Pamela Marie Josephe Yoboue Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 156
Book Description
Avec les préoccupations actuelles de protection de l'environnement et des personnes, le développement des capteurs de gaz à base d'oxyde métallique connaît 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 (
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 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: LAURE.. CHAMBON
Author: LAURE.. CHAMBON
Author: Pierre Montméat
Author: Lionel Mazet
Author: Clotaire Chevalier César
Author: Nicolas Dufour
Author: 
Author: Laurent Spinelle
Author: Stéphane Astié
Author: N'Goran Pamela Marie Josephe Yoboue
Author: Camelia Matei Ghimbeu