Etude, modélisation et conception d'un multicapteur chimique à base de CNTFET
Auteur / Autrice : | Jérôme Heitz |
Direction : | Christophe Lallement, Luc Hebrard |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Micro et nanoélectronique, optoélectronique |
Date : | Soutenance le 19/09/2013 |
Etablissement(s) : | Strasbourg |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (Strasbourg ; 2013-....) |
Jury : | Président / Présidente : François Le Normand |
Examinateurs / Examinatrices : Paolo Bondavalli | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Henri Happy, Hervé Barthélemy |
Mots clés
Résumé
Depuis quelques années, les explosifs artisanaux à base de peroxyde sont fréquemment utilisés dans les actes de terrorisme. Leur simplicité de conception ne les rend pas moins inoffensifs car ils sont tout aussi puissants que ceux à base de TNT (trinitrotoluène). Au regard des enjeux majeurs de la sécurité globale et en particulier de la protection du citoyen, il devient nécessaire de bénéficier d'instruments de détection fiables. C'est dans ce cadre que s'inscrit ce travail de thèse qui vise à développer un capteur intégré, sensible et sélectif aux traces d'explosifs, notamment ceux à base de peroxyde. Ce nez électronique est constitué d'une matrice de transistors à nanotubes de carbone (CNTFET) et d'une électronique et traitement des données. Après une brève introduction relative aux CNTFET pour la détection gazeuse, nous présentons les bases de l'élaboration d'une modélisation électrique du capteur. Cette modélisation a pour but, à terme, de permettre aux concepteurs decircuits intégrés de bénéficier d'un support de simulation des CNTFET, nécessaire à la mise en oeuvre de l'électronique de contrôle et de conditionnement des signaux. Nous détaillerons également ce qui constitue selon nous l'étape fondamentale précédant l'élaboration d'un modèle compact prédictif basé sur la physique, c'est à dire la compréhension topologique du réseau de nanotubes. Nous détaillerons alors différentes probabilités de contacts entre nanotubes. Nous présentons ensuite,l'élaboration de l'électronique permettant le contrôle des potentiels appliqués aux CNTFET et le conditionnement des signaux électriques. Ce conditionnement a pour objectif d'acheminer les réponses électriques du capteur vers des architectures de traitement de données utilisées pour la détection des différents gaz cibles. L'électronique intégrée en technologie CMOS HV (haute tension) est alimentée par pile basse tension. Des pompes de charge, élévateurs de tension, générant ces hautes tensions ont été étudiées, modélisées et réalisées. Nous proposons également dans ce manuscrit une nouvelle architecture de pompe de charge qui constitue, dans certaines plages d'utilisation, une alternative intéressante aux pompes de charge les plus performantes utilisées jusqu'à présent.