Caractérisation de couches épaisses de semi-conducteur WO3 et WO3 / TiO2 pour la réalisation de capteurs à NO2

par Zoltan Pinter

Thèse de doctorat en Matière condensée, surfaces et interfaces

Sous la direction de Zina Sassi et de Ferenc Réti.


  • Résumé

    Les capteurs de mesure en continu de la concentration d'une espèce chimique dans un mélange gazeux connaissent un développement important, plus particulièrement lié au contrôle des combustions avec la double motivation d'économie d'énergie et de réduction de la pollution atmosphérique. De nombreux capteurs de composition des gaz concernent des molécules produites lors de l'oxydation des combustibles fossiles : O2, CO, CO2, H2O, SO2, SO3, Nox, CHx,. . . Dans le but de réaliser des capteurs pour contrôler la teneur en NO2 des gaz d'échappement, au niveau du pot catalytique, nous avons décidé d'aborder l'étude des matériaux de base servant à cet effet : couches épaisses à base de WO3 et WO3/TiO2 de 100 à 200 micromètres d'épaisseur. La forme, la composition et la géométrie du capteur varient avec différents paramètres, et en particulier avec le procédé d'élaboration de la partie sensible de celui-ci. L'analyse de tous les résultats obtenus nous a permis d'appréhender le comportement des couches (WO3, WO3/TiO2) du capteur, sous leur aspect général et surtout sous l'aspect comportement propre du matériau d'une part, d'autre part d'appréhender leur comportement vis-à-vis du gaz à détecter(NO2). L'étude thermique et spectroscopique nous a permis de mettre en évidence l'importance de l'effet de l'addition de TiO2 et de proposer une microstructure de la formation de ces couches. En effet, la couche est formée de grains polycristallins et homogènes de WO3, dans laquelle s'incrustent des grains de TiO2 en formant des liaisons intra-granulaires au niveau de l'interface. De ce fait, le TiO2 joue le rôle de stabilisateur et augmente la sensibilité de la couche vis-à-vis du gaz à détecter.

  • Titre traduit

    = Caracterization of WO3 et WO3/TiO2 semiconductor thick layers for NO2 gaz sensor application


  • Résumé

    Currently, the development of the chemical sensors applied in particular in the automobile industry to control the combustion process, becomes more and more important for economic reasons and to abate the atmospheric pollution. Several sensors are applied to detect different gas molecules produced or consumed during the oxidation of the combustibles materials like: O2, CO, CO2, H2O, SO2, SO3, Nox, CHx, etc. In order to realise the sensors controlling the volume of NO2 of the exhaust fumes in the exhaust pipe, we decided to study and characterise the basic materials used for this purpose, namely: WO3 and WO3/TiO2 thick layers with a thickness of 100-200 micrometers. The morphology, composition and the size of the sensor, from the viewpoint of its application, vary with different parameters, particularly with the variation of the elaboration conditions of the gas sensitive layer. The correlation between the experimental results allows us to understand the general behaviour of the WO3 and WO3/TiO2 thick layers from the aspect of the interaction of the two material types (WO3 and TiO2) on the one hand, and on other hand the sensing behaviour of these sensors in the presence of NO2. The spectroscopic and thermal studies allow us to recognise the importance of the TiO2 addition for the sensitivity of WO3 to NO2 and its stabilisation effect for the structure of the tungsten trioxide. On the basis of these results, we propose a microstructure for these mixed layers. Indeed, the layers are composed of polycristallin grains of WO3 interacting with the TiO2 grains forming chemical bonds at the domain of the interface. In this case, the addition of TiO2 leads to the structural stabilisation of the WO3 and increases the sensitivity of the layer for NO2.

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Informations

  • Détails : 1 vol.(162 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p.147-159

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(2626)
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