Étude et optimisation d’Al2O3 poreux, pour la réalisation de capteurs flexibles, application à la mesure de l’humidité.

Study and optimization of porous Al2O3, for flexible sensors realization, application to humidity measurement.

• Auteur / Autrice : Afaf Meghit
• Direction : Brice Sorli
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance le 17/12/2020
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'électronique et des systèmes (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Fabien Pascal
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Brice Sorli, Fabien Pascal, Rosaria Ferrigno, Hélène Debeda, Gaëlle Lissorgues, Arnaud Vena
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Rosaria Ferrigno, Hélène Debeda

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nez électroniques

Humidité -- Mesure

Systèmes d'identification par radiofréquence

Hydroxyde d'aluminium

Mots clés libres

Al2O3 oxyde d'aluminium anodique poreux

Capteurs d'humidité

Capteurs flexibles

Matériaux sensibles

Radio-Identification

Porous anodic aluminum oxide

Humidity sensor

Flexible sensors

Sensitive materials

Radio Frequency Identification (RFID)

Résumé

Avec l’avènement de l’électronique imprimée, les industriels imaginent de nouvelles applications prêtes à révolutionner notre mode de consommation toujours dans l’idée d’améliorer notre qualité de vie. Ces applications s’appuient fortement sur une utilisation en masse de capteurs bon marchés pouvant être intégrés sur chaque objet, c’est l’internet des objets. Parmi ces applications nous pouvons citer deux domaines très porteurs et au fort potentiel que sont le diagnostic médical et la sécurité alimentaire.Fort d’un premier travail de thèse sur « l’étude et développement de microtechnologies sur substrat papier pour une application à la structuration d’Al203 poreux pour la faisabilité d’un capteur d’humidité », nous souhaitons poursuivre notre effort engagé sur la maitrise de ce substrat papier pour des applications électronique/capteurs.Notre objectif sera donc d’une part, d’optimiser la technologie de réalisation d’Al203 poreux/barrière sur ce type de substrat, de proposer de nouveaux procédés technologiques (fonctionnalisation, multi couches, nanoswitch...) d’optimiser le capteur d’humidité déjà réalisé, et de montrer potentiellement la faisabilité d’ autres types de capteur comme par exemple à gaz (CO2, O2, NH3…). D’autre part, une communication sans fil type RFID (passive ou semi-passive) sera mise en oeuvre, permettant ainsi la lecture de l’information du capteur (seuil, monitoring). Ce travail de recherche doit être mené en considérant la compatibilité avec les méthodes de production de l’électronique imprimée (machines roll to roll) et les supports faibles coûts qui y sont couramment utilisés (papier, plastique…).Enfin, ce travail pourra être appliqué dans le cadre d’un travail collaboratif notamment dans des projets Européens ou nationaux dans la continuité d’une collaboration avec INRA/Sup Agro (ANR NextGenpack - Nouvelle génération de packaging alimentaire avec le suivi de marchandises et la détection précise de la fraicheur des aliments dans leurs emballages), ou bien avec des industriels de la santé (bien être du patient, médicaments, ..).Le sujet de thèse proposé sera donc axé sur :- la microtechnologie sur substrat flexible (Technologie salle blanche, dépôts couches minces, dépôts couches épaisses, anodisation, caractérisation structurelle etc…) afin de développer des capteurs nouvelle génération (faible encombrement, sur papier) sensible à l’humidité, à certains gaz...-la mesure et la caractérisation électrique des dispositifs conçus, en enceinte climatique, sous flux de gaz.- L’étude des procédés industriels utilisés dans le monde de l’électronique imprimée, permettant de déposer les matériaux conçus.- La réalisation d’un capteur flexible- La mise en oeuvre d’une communication RFID

With the advent of printed electronics, manufacturers are still imagining new applications to revolutionize our consumption pattern in the idea of improving our life quality.These applications are really heavily on a massive use of inexpensive sensors that can be integrated on each object, it is the “Internet of Things” (IoT).Among these applications we can mention two areas very promising and with high potential which are medical diagnosis and food security.After a first thesis on "the study and development of microtechnology on paper substrate for application to the structuring of porous Al203 for the feasibility of a humidity sensor", we wish to continue our committed effort on the mastership of the paper substrate for electronic / sensor applications.Our purpose will be first, to optimize the technology of producing porous/ barrier Al203 on this type of substrate and offer new technological processes (functionalization, multi layers nanoswitch ...) to optimize the sensor moisture already achieved, and potentially show the feasibility of other sensor types such example gas (CO2, O2, NH3 ...).In the other hand, wireless communication like RFID (passive or semi-passive) will be implemented, allowing the reading of the information from the sensor (threshold monitoring).This research should be conducted considering the compatibility with the production methods of printed electronics (machine roll to roll) and the low cost carriers that are commonly used are (paper, plastic ...).Finally, this work could be applied in the context of collaborative work especially on European or national projects in the continuity of collaboration with INRA / Sup Agro (ANR NextGenpack - New Food Packaging generation with tracking goods and accurate detection of the freshness of food in their packs), or with industrial health (well being of the patient, medication, ..).The subject of the proposed thesis will therefore focus on:- Microtechnology on paper substrate (clean room technology, thin film deposition, thick film deposition, anodization, structural characterization etc ...) to develop next-generation of sensors (small footprint, on paper) moisture sensitive to certain gases. ..- The measurement and electrical characterization of devices designed in climatic chamber under gas flow.- The study of industrial processes used in the world of printed electronics, designed for depositing the materials.- Manufacturing of a flexible sensors- The implementation of an RFID communication.