Développement de capteurs d'ozone et d'ammoniac sur support souple

Development of ozone and ammonia gas sensors on flexible substrate

• Auteur / Autrice : Monica Isela Acuautla Meneses
• Direction : Marc Bendahan, Sandrine Bernardini
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Micro et Nanoélectronique
• Date : Soutenance le 19/09/2014
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'Ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Pierre Temple-Boyer
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marc Bendahan, Sandrine Bernardini, Corinne Déjous, Franck Berger, Jörg Ackermann, François Flory
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Corinne Déjous, Franck Berger

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanoparticules

Oxyde de zinc

Ammoniac

Ozone

Détecteurs de gaz

Capteurs (technologie)

Mots clés libres

Capteur souple

Capteur de gaz

Capteur d'ozone

Capteur d'ammoniac

ZnO nanoparticles

Kapton

Flexible sensor

Gas sensor

Ozone sensor

Ammonia sensor

ZnO nanoparticles

Kapton

Résumé

L'émergence des nouvelles applications dans le domaine de la micro et nanotechnologie requière de faibles coûts de fabrication et la caractérisation de dispositifs électroniques ayant des propriétés telles que la flexibilité, la portabilité, la légèreté, et des matériaux de faibles coûts. Les méthodes traditionnelles de fabrication impliquent de longues étapes de production, et des procédés de fabrication impliquant des étapes avec des produits chimiques. Le but de cette thèse est d'étudier la conception et la caractérisation de capteurs d'ammoniac et d'ozone sur support souple fabriqués par des processus de photolithographie et de gravure laser. Le support flexible est composé de Kapton avec des électrodes interdigitées de Ti/Pt pour la détection de gaz et un microchauffage. Les motifs du circuit ont été réalisés par photolithographie et gravure laser. L'utilisation de gravure laser sur support souple permet de réduire les coûts liés au temps de fabrication, aussi représente une excellente alternative aux processus chimiques. Des nanoparticles de ZnO déposées par gouttes ont été utilisées comme matériaux sensibles en raison de leurs excellentes propriétés dans la détection de gaz. Les conditions de détection de gaz ont été étudiées pour différentes concentrations d'ozone et d'ammoniac. Afin de tester une méthode de dépôt utilisée dans la production industrielle à grande échelle, un dépôt par spray ultrasonique a été effectué. Les capteurs réalisés montrent une large gamme de détection de 5 ppb à 500 ppb à 200 °C pour l'ozone et de 5 ppm à 100 ppm à 300 °C pour l'ammoniac avec une bonne reproductibilité, stabilité et de rapides temps de réponse et de retourn.

Nowadays the emerging of new applications in the micro and nanotechnology field required to reduce fabrication costand to improve electronic devices with properties such as flexibility, portability, lightweight, and low cost. Traditional methods involve expensive and long production steps, and chemical vapor deposition. The purpose of this work is to present the conception and characterization of flexible ammonia and ozone sensors fabricated by photolithography and laser ablation processes. The flexible platform is composed of Kapton substrate with interdigitated Ti/Pt electrodes for gas detection and a micro-heater device. The circuit patterns were realized by photolithography and laser ablation. Photolithography is a well-known and reliable patterning process used on rigid substrate. The application of laser ablation process not only reduces fabrication time, but also represents an excellent viable alternative instead of chemical processes. ZnO thin films deposited by drop coating have been used as sensitive materials due to their excellent properties in the gas detection. The gas sensing condition and the performances of the devices are investigated for ozone and ammonia at different gas concentrations and different thin film thicknesses. In order to test a deposit methodology used in large scale industrial production, an ultrasonic spray deposition was done. The sensor provides a wide range of detection from 5 ppb to 500 ppb for ozone and from 5 ppm to 100 ppm for ammonia. Their best sensibilities were obtained at 200°C for ozone and 300 °C for ammoniac with good repeatability, stability and fast response/recovery time.