Thèse en cours

Résonateur opto-mécanique pour la détection photoacoustique

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Auteur / Autrice : Julien Charensol
Direction : Aurore Vicet
Type : Projet de thèse
Discipline(s) : Électronique
Date : Inscription en doctorat le 30/09/2021
Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IES - Institut d'Electronique et des Systèmes
Equipe de recherche : Composants à Nanostructures quantiques pour le Moyen InfraRouge (NANOMIR)

Mots clés

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Résumé

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Nous avons développé ces dernières années des résonateurs mécaniques en silicium spécifiquement dessinés pour la spectroscopie photo-acoustique de gaz. Les derniers designs de résonateurs mécaniques que nous avons réalisés nous ont permis d'obtenir lors de la détection de méthane à l'aide d'un laser à puits quantiques interbande émettant à 2.3 µm des limites de détection de 15ppmv pour une seconde d'intégration et de 5.5ppmv pour 15 secondes d'intégration. Afin d'obtenir ce niveau de performance, nous avons travaillé sur un design de résonateur couplé permettant de séparer la zone chargée de la collecte de l'énergie photo-acoustique de la partie en charge de la transduction électrique par effet capacitif. Ces résonateurs mécaniques entièrement développés à l'IES constituent une approche originale de la spectroscopie photo-acoustique, protégée par un brevet de l'université de Montpellier. Les performances de ces résonateurs posent les bases du développement de capteurs de gaz extrêmement compacts sur substrat silicium, matériau choisi pour son haut potentiel d'intégration. Le sujet de thèse que nous proposons porte sur l'étude de l'intégration du laser utilisé pour la spectroscopie photo-acoustique au plus près du résonateur mécanique. Les lasers seront développés et fabriqués à l'IES. L'IES possède tous les savoir-faire et moyens matériesl (épitaxie, salle blanche) permettant de réaliser des sources laser performantes et monomodes émettant entre 2.3 et 20 µm. Les applications visées par ce type de capteur peuvent être extrêmement larges, aucun gaz cible n'est privilègié, car en choisissant la source laser la mieux adaptée tout type de gaz pourra être détecté. Il sera également possible d'utiliser simultanément plusieurs sources laser afin d'obtenir des capteurs conservant une excellente sélectivité en milieu réel où un grand nombre de gaz peuvent être présents. À titre d'exemple nous pouvons citer l'aide au diagnostic médical avec l'analyse de l'air exhalé. Cette étude permettra de finalement franchir une nouvelle étape importante dans la miniaturisation des capteurs de gaz photo-acoustique. Le laboratoire IES offre les conditions idéales à la réalisation de cette thèse puisqu'il possède en son sein les compétences et savoir-faire dans tous les domaines concernés : conception et fabrication des des lasers à semi-conducteur, etude et réalisation des résonateurs Si et spectroscopie des gaz.