Il faut donc s'attendre à un durcissement drastique des normes européennes en matière de pollution de l'air et de qualité de l'air tant à l'extérieur qu'à l'intérieur (ateliers, pièces de vie, espaces passagers). La mise en place d’une véritable politique de qualité de l’air au niveau européen est également en cours d’élaboration.
Gas sensor Market
P OSITIONNEMENT DES C APTEURS DE G AZ A S EMICONDUCTEURS
- Les Capteurs Chimiques
- Définition
- Rappel des principales caractéristiques des capteurs de Gaz
- Les principales technologies de capteurs de Gaz
- Les Capteurs à Oxydes métalliques
- Principe de détection [16‐28]
- Structures existantes
- Les Oxydes Métalliques [55‐56]
- Mode de Fonctionnement
- Les Méthodes de Traitement et d’Analyse des Données
- La Modélisation
- Les Limitations actuelles
Il existe une dérive « offset » (dérive de réponse sous air ou un gaz de référence constant) et une dérive de sensibilité à un gaz donné. Autrement dit, la sensibilité aux gaz est fonction de l'état de surface d'une part et de la température de la couche sensible d'autre part.
- Technologie des plateformes chauffantes
- Plateformes chauffantes à base de substrats massifs isolants
- Plateformes chauffantes sur membranes
- Les Matériaux chimiquement sensibles
- Pour la détection
- Pour le filtrage
- Mode opératoire et traitement du signal
- Vers les nez électroniques et le déploiement en réseau
- Les matrices de capteurs
- Les capteurs sans fil
On peut par exemple citer les capteurs de la série SP développés par la société FIS Inc. L'homogénéité de cette répartition de température sur la surface active peut être améliorée (au détriment du courant consommé) en laissant un îlot conducteur lors de la gravure par exemple) sous la zone active comme évoqué sur la figure 13b).
I NTRODUCTION SUR NOS ETUDES
L ES C APTEURS DE G AZ C ONDUCTIMETRIQUES A O XYDES M ETALLIQUES
- Le Capteur étudié
- Optimisations Technologiques
- Membrane : support mécanique
- Résistance chauffante
- Electrodes
- Intégration de Couches Sensibles
- Bilan des avancées technologiques
- Modélisation Multi‐échelles
- Modélisation à l’échelle Atomique
- Modélisation électro thermique
- Modélisation comportementale électrique
- Modes de Fonctionnement et Traitement du Signal
- Mode de Fonctionnement
- Traitement du signal et intégration
- Conclusion sur les Capteurs MOX
La figure 25 montre des images de la création du microréservoir (figure 25a) puis de l'intégration de la couche sensible (figure 25b). Le traitement de surface consiste à rendre la zone active, c'est-à-dire la surface de l'électrode (SiO2 et Ti/Pt) plus fonctionnelle par rapport au reste du wafer. Durant la thèse d'Habib Chalabi nous avons également conçu et réalisé des plateformes « multi-capteurs » (intégration sur une même puce de différentes plateformes chauffantes dans une matrice) pour aller vers le nez électronique intégré [197].
Nous avons évalué la déformation de la membrane après sa libération (attaque sur la face arrière du silicium. Le système obtenu constitue un modèle représentatif du fonctionnement de la surface de nos capteurs de gaz. Puis un espace est créé et une molécule de CO2 est libérée de la surface.
De même, nous avons pu expliquer toutes les réactions dans le tableau précédent. Enfin, nous avons modélisé le comportement électrique de nos capteurs à l'aide du schéma de la figure 42.
N OUVELLES G ENERATIONS DE C APTEURS DE G AZ P ASSIFS C OMMUNICANTS
- Introduction
- Principe de Mesure
- Conception et Simulations
- Réalisation et caractérisation
- Réalisation
- Caractérisation
- Interrogation à distance par RADAR
En effet, nous utilisons les variations des propriétés diélectriques (permittivité et pertes) d'un matériau en fonction de la fréquence, notamment dans le domaine hyperfréquence (Figure 56). Le principe de transduction développé repose sur la modification, par la grandeur à mesurer, de la fréquence de résonance d'un résonateur. L'originalité de ce nouveau capteur de gaz communicant repose sur la modification de la fréquence de résonance d'un résonateur micro-onde (entre quelques GHz et quelques dizaines de GHz) en présence de gaz.
Le principe de détection est basé sur la mesure de la fréquence de résonance des modes galerie (WGM) dans le résonateur diélectrique micro-onde (RD). Dans ce contexte, le LAAS a débuté, dans le cadre de la thèse de Franck Chebila [257], le développement d'un radar. Comme on peut le constater, les variations de la fréquence de résonance du mode WGE5.0.0 modifient considérablement l'amplitude du mode antenne.
I NTEGRATION DE N OUVEAUX M ATERIAUX
- Intégration des Matériaux sensibles
- Couches sensibles Nanostructurées
L'étude, déjà démarrée, montrera que la sensibilité et la sélectivité de ces matériaux sont étroitement liées à leur morphologie, et qu'il est donc possible de réaliser différents capteurs de gaz à partir d'un même matériau de base. En coopération avec nos partenaires chimistes (LCC, CIRIMAT, IM2NP), nous tenterons donc à moyen terme de trouver des associations de matériaux sensibles appropriées pour une détection de plus en plus sensible (avec des seuils de détection bien inférieurs au ppm) et surtout plus sélective pour les gaz. . . Il est clair que l’avantage d’utiliser des structures de nanofils est de profiter du rapport surface/volume intrinsèque extrêmement élevé, très favorable à la détection (grande surface d’échange gazeux).
Dans un premier temps, il sera important de bien comprendre le comportement électrique (ainsi que thermique et mécanique) du nanofil et son interface avec les contacts métalliques, en fonction de sa structure, de sa morphologie, de son excitation et de son environnement. Une fois cette première étape réalisée, il sera particulièrement intéressant d'étudier le comportement de plusieurs nanofils placés en parallèle et de préférence verticalement, comme le montre la figure 74, afin d'en extraire un signal moyen reproductible et utile d'un point de vue métrologique. voir. A terme, on peut imaginer la création de systèmes de micro/nanodétection en faisant croître différents types de nanofils (différents matériaux) voire de nanofils composites dans un même canal de mesure, ce qui permettrait d'exploiter la sélectivité de différentes structures (capteurs multiples). . ), présenté plus haut.
V ERS LE N EZ E LECTRONIQUE I NTEGRE
- Module MultiCapteur
- Evolution des Microsystèmes de détection Intégrés
Tout d'abord, dans le cadre d'un contrat bilatéral avec Alpha MOS, nous travaillons sur le développement d'un module multicapteur intégré pour diverses applications telles que l'agro‐. D'autre part, nous avons démarré une thèse CIFRE (N. Dufour) avec RENAULT pour la détection d'un certain nombre de gaz dans l'entrée d'air de l'habitacle de la voiture, dans le but de contrôler la fermeture automatique des volets dans cas. d'une concentration élevée de ces gaz dangereux pour la santé ou simplement nauséabonds. Ces études comprendront le développement technologique de plateformes de chauffage multicellulaires, l'intégration de différentes couches sensibles, le développement d'un régime de fonctionnement adapté et de l'électronique adaptée si nécessaire.
La première piste concerne l'instrumentation (sérialisation de différents capteurs) d'un canal dans lequel circule un gaz (ou un liquide) à analyser. Enfin, en interne au LAAS, en collaboration avec ALPHA MOS, nous avons déposé un brevet international [264] au cours du premier semestre 2011 sur la conception d'un nouveau microsystème de détection sélective de gaz en environnement complexe. Cette première étape sera suivie dans un futur proche d'une série de caractérisations sous environnement contrôlé pour valider le concept, puis à moyen terme, la création de microsystèmes de plus en plus avancés pour atteindre cet objectif tant recherché, à savoir la réalisation de ' un capteur multiparamétrique sélectif intégré.
N OUVELLES G ENERATIONS DE C APTEURS M ULTIPHYSIQUES P ASSIFS
- Capteur de gaz à transduction RF
- Evolution vers des Structures et principes génériques multicapteurs
En parallèle de ces études en amont, il faudra évaluer l'idée de mesure à distance des fluctuations de gaz par le RADAR-FMCW développé au LAAS. Outre le développement d'un capteur de gaz, on peut envisager à plus long terme la création de multicapteurs passifs pour la transduction RF en exploitant d'autres structures et d'autres matériaux diélectriques (SrBi2Ta1.8V0.2O9, SrBi2Ta2O9... etc.), mais aussi polymères et leurs nouvelles techniques de dépôt récemment développées. Il pourrait s'agir dans un premier temps d'un capteur multi-gaz dans le but d'améliorer la sélectivité, puis d'un bi-capteur.
Relier la détection de gaz et de température à l'aide d'un dispositif dépourvu d'énergie (passif) et communiquer sans fil par micro-ondes, dans des portées supérieures à la dizaine de mètres, est un enjeu important pour le développement de réseaux multi-mesures. L'objectif scientifique porte également sur la faisabilité d'interroger ce double capteur à l'aide d'un signal radar micro-onde, la signature radar du capteur étant fonction de la grandeur à mesurer. Le principal obstacle concerne ici, d'une part, l'intégration des différents éléments (union des deux capteurs, antennes) et, d'autre part, la précision de l'analyse de la signature radar, qui doit permettre de déterminer dans un environnement bruyant.
BIBLIOGRAPHIE
Axes de Recherche : Microsystèmes de détection
Après une étude d'optimisation du traitement du signal issu de ce type de capteur au cours de ma thèse, nous avons entamé une thèse co-encadrée entre 2001 et 2004, sur l'optimisation technologique de ces structures. Le capteur « classique » est dit « conducteur » : la détection d'un gaz se traduit par une modification de la conductivité d'une couche sensible. Nous avons toujours travaillé à l'amélioration technologique et opérationnelle de ce type de capteur depuis 2000, car il est toujours d'actualité. l'intérêt est trop grand pour nous aujourd'hui.
Ce capteur s'appuie sur les phénomènes de relaxation diélectrique des matériaux sensibles aux gaz et traduit l'adsorption par un décalage de la fréquence de résonance du filtre. Grâce à notre expérience dans le domaine des microtechniques, de la caractérisation, de la gestion et du traitement des capteurs et des signaux, l'équipe LAAS‐CNRS que je dirige est aujourd'hui devenue un partenaire reconnu tant au niveau national qu'international pour le développement de nouvelles technologies et de nouveaux modes de fonctionnement des ce type de capteurs. . Il s'appuie sur 2 services techniques du laboratoire à travers des projets internes avec 1 ingénieur principal par projet.
Projets ‐ Partenariats Universitaires et Industriels
Le principe de ces nouveaux convertisseurs repose sur la modification de la fréquence de résonance d'un résonateur hyperfréquence (entre quelques GHz et quelques dizaines de GHz). Il est constitué d'un filtre à base de lignes coplanaires et d'un résonateur diélectrique excité en mode galerie pour avoir le meilleur facteur de qualité possible. Objectif principal : Développer de nouvelles structures multicapteurs sélectifs de gaz dédiées à certaines applications confidentielles.
Objectif principal : Développement d'une plateforme de capteurs multi-gaz dédiée à la détection de gaz nocifs et malodorants pour le suivi de la qualité de l'air des habitacles. Production d'équipements; recherche d'un mode de fonctionnement optimal et adaptation de l'électronique du capteur pour le micro-système embarqué. Fabrication d’équipements et intégration de différentes couches sensibles ; recherche d'un mode de fonctionnement optimal dédié à l'application.
Animation et Rayonnement scientifique
Objectif principal : L'objectif de ce projet est de repenser complètement le principe de fonctionnement des capteurs en développant de nouveaux modes de transduction entièrement passifs adaptés à la détection de gaz, ne nécessitant pas d'énergie embarquée et pouvant être interrogés à grande échelle (plusieurs mètres à plusieurs dizaines de mètres) par radar. Fabrication de dispositifs et intégration de différentes couches sensibles ; développement de procédures opérationnelles optimales pour finalement produire un appareil vendable.
Les 5 Publications significatives
Aubert, Feasibility of Passive Gas Sensor Based on Whispering Gallery Modes and its RADAR Interrogation: Theoretical and Experimental Investigations. R‐9] P.Menini, F.Parret, M.Guerrero, K.Soulantica, L.Erades, A.Maisonnat, B.Chaudret CO response of a nanostructured SnO2 gas sensor doped with palladium and platinum Report LAAS No. 03477 , 20p. Performance of a new generation of metal oxide gas sensors based on nanostructured Sno2 and a high operating temperature microheating plate.
New microwave gas sensor using dielectric resonator with SnO2 sensitive layer, 23rd European Conference on Solid State Transducers (EUROSENSORS XXIII), Lausanne (Switzerland), September 2009. CI-26] P.Menini , F.Parret , M.Guerrero , A . Martinez, K.Soulantica, L.Erades, A.Maisonnat, B.Chaudret Influence of humidity on the CO sensitivity of a new gas sensor based on SnO2 nanoparticles surface-. Rap2] A.HEMERYCK, J.M.DUCERE, A.ESTEVE, M.DJAFARI ROUHANI, G.LANDA, P.MENINI, C.TROPIS, A.MAISONNAT, P.FAU, B.CHAUDRET, Multiscale Approach for Numerical Predictions of Metal Oxide GAs sensor responses to CO, O2 and H2O gases.
ANNEXE
Plateformes chauffantes Gardner SOI Microcapteurs à oxyde métallique et polymère Circuits CMOS à T/traitement du signal variable pour capteurs électroniques de nez. Plateformes chauffantes Mode de fonctionnement T variable Couches sensibles par sérigraphie Effet des électrodes Japon Kyushu University Fukuoka N. Physico-chimie à l'échelle des nanomatériaux déposés par spray pyrolyse et par « dépôt séquentiel de couches ioniques (SILD).
Modulation de température TDS par réseau neuronal Université de Tongji Shanghai Z.J Wu Traitement du signal - Réseau.