Élaboration et caractérisation de couches minces d'oxyde mixte d'étain et de manganèse en vue de la réalisation de capteurs d'hydrogène

Elaboration and Characterization of Tin and Manganese Mixed Thin Layers for the Hydrogen Sensor Realization

• Auteur / Autrice : Hicham Gourari
• Direction : Martine Lumbreras
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance en 1999
• Etablissement(s) : Metz
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LICM - Laboratoire Interfaces, Capteurs et Microélectronique - EA 1776

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dioxyde d'étain

Spectroscopie d'impédance

Capteurs (technologie)

Résumé

La prise en compte de la protection de l'environnement des économies d'énergie comme le contrôle de la qualité de l'air domestique ont provoqué un effort considérable de recherche sur les capteurs de gaz. Durant les années 60 avec les travaux de Seiyama et collaborateurs puis Taguchi est arrivée la production commerciale de masse d'un capteur à base de dioxyde d'étain semi-conducteur (structure tetragonale). Malheureusement ce type de capteur réagit non seulement à son gaz cible mais aussi à un grand nombre d'autres gaz, d'où un manque crucial de sélectivité. C'est pourquoi on introduit dans la composition de la couche mince d'autres oxydes, et/ou des catalyseurs qui améliorent la sélectivité et la sensibilité à un seul gaz. D'après les travaux de Nomura et collaborateurs l'ajout de manganèse augmente la sélectivité, la sensibilité à l'hydrogène. La première partie de ce travail a concerné la fabrication de couches minces à base de dioxyde d'étain par spray électrostatique assisté par pyrolyse (ESD). La caractérisation structurale et morphologique a permis de sélectionner les paramètres de fabrication afin d'obtenir des couches minces d'oxyde mixte d'étain SNO2 (tetragonal) et de manganèse MN2O3 (cubique) de structure poreuse avec une répartition homogène de l'étain et de manganèse. La seconde partie, qui concerne la caractérisation électrique sous gaz a permis de montrer que les couches d'oxyde mixte d'étain et de manganèse de composition molaire 10/1 présente une bonne sensibilité et sélectivité à l'hydrogène et ceci indépendamment de la nature des électrodes (PD, PT, AU). Les autres compositions présentent une sensibilité très faible ou nulle. Tous les échantillons de la composition 10/1 présentent un comportement plus ou moins éloigné du comportement ohmique montrant l'effet du gaz au niveau de l'électrode. L'étude des diagrammes d'impédance a permis de trouver un schéma équivalent unique pour toute composition de couche ou nature d'électrode : R(RC) avec une capacité constante compte tenu des erreurs expérimentales pour un échantillon donné quelles que soient la température ou la concentration de gaz appliquées et une résistance obéissant à un comportement d'Arrhenius. Ceci nous permet de dire que cette capacité correspond à la capacité géométrique de l'échantillon et la résistance à l'effet volumique de la couche mince