« Gas Sensor Activities » LAAS-CNRS

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1 « Gas Sensor Activities » LAAS-CNRS
Pôle MINAS - M2D Ph. Ménini (MCF) - A. Martinez (Pr) - E. Scheid (CR1) – - H. Chalabi (doct3 -ACI) - C. Tropis (doct2 - MESR) – P. Yoboue (doct1 -BDI)

2 Le Capteur Etudié : Type SGS
Schéma : vue en coupe vue de dessus Membrane Heater Surface active Electrodes de contact Sonde de température membrane + Active layer SiO2 + SiNx temperature sensor Sensing layer Pt electrodes Heater Si SiO2 substrate Cold part Warm part Principe : Phase 1: Oxygen Adsorption ½ O2gaz + SnO2-x + e-  (SnO2-x)Oad- Variation de résistivité Phase 2 : Reaction with reductive gases G + (SnO2-x)Oad-  GO + SnO2-x + e- Chemical reactions at the surface occurs at high temperatures (>250°C): 1. Cadre de l’étude

3 Les Capteurs : Couche(s) sensible(s)
LCC-CNRS : Oxydes métalliques nanoparticulaires Synthèse chimique de Nanomatériaux S n N M e Sn SnO x suspension colloïdale Taille : nm 135°C ; 3 h anisole/H2O Dépôt par goutte par microinjecteur (industrialisé par MiCS) Volume contrôlé (qq 100 nl – Ø400µm – 2 µm d’épaisseur max) CIRIMAT-Toulouse : Couches minces Oxydes Spinelles AB2O4, Ferrites déposées par PVD L2MP-Marseille : WO3 Déposé par sputtering (reactive RF magnetron sputtering) 50 nm d’épaisseur max 1. Cadre de l’étude

4 Modelling - Simulation
 Gas Sensor Activities at LAAS Ph. Ménini (MCF;100%), A. Martinez (Pr;10%) - E. Scheid (CR1;10%) - H. Chalabi (doct3) - C. Tropis (doct2) – P. Yoboue (doc1) Microtechnology Design et Realisation of micro hotplate for SGS Characterisations Rs(t) Impedance spectroscopy under controlled atmosphere Thermal Characterisation : IR Camera Thèses de Habib puis de Pamela Thèses de Cyril Operating mode Data treatment and integration Fonct. at pulsed T° + mathematical data treatment (FDA, NN) Modelling - Simulation Electro-thermal -Thermo mechanical modelling (ANSYS → Comsol) 1. Cadre de l’étude

5 Technologie + Simulation
Thèse de Habib Chalabi : ACI NELLI MICS sensor Optimisation Process Ti/Pt par caract. et Simulations Thermo-électriques (ANSYS) membrane + Active layer SiO2 + SiNx temperature sensor Sensing layer Pt electrodes Heater Si SiO2 substrate Cold part Warm part LAAS - 1ère génération Élément chauffant : en Poly-Si (800x500um) Électrodes interdigitées Métallisation heater en Cr/Ti/Pt (100/200/3000A) Membrane : SiO2-SiNx (0.8µ - 0.6µ / 1.4µ - 0.6µ) Zone active (300µm x 300µm) Cellule 2x2mm, membrane 1x1mm² LAAS - 2ème génération Technologie

6 Conception de Multicapteurs
(membranes et heater indépendants) 1.8 mm 3.5mm 2.2mm 1.3 mm Bi-capteur LAAS – 3ème génération 2006 3.0mm 2.2mm 4-capteurs Vers le nez électronique intégré… Technologie

7 Technologie + Simulation
Thèse de Paméla Yoboue : Optimisation technologique (mono et multi capteurs) Conception et Réalisation de capteurs Hautes Températures Optimisation du capteur actuel à chaque étape Autres technologies - transductions adaptées aux HT (Simulations sur Comsol Multiphysics) Technologie

8 Technologie génération 2007
Contrôle de la température de fonctionnement par résistance chauffante Ti/Pt Contrôle du dépôt par micro-cavité hydrophobe SU8 – BPR100 – SiOxNy Plateforme chauffante sur membrane Pour capteurs de gaz avec sonde de température Mesure d’impédance couche sensible Par électrodes inter-digitées Ti/Pt

9 Design of Multisensors (membranes and heaters independant)
1.8 mm 3.5mm 2.2mm 1.3 mm Double sensor 3.0mm 2.2mm Array of 4 sensors To go to the smart nose…