Réalisation et caractérisation d'un capteur de gaz à ondes de Love à base de la structure Polyaniline/ZnO/Quartz

par Felicidade Da Silva Moreira

Thèse de doctorat en Plasma, Optique, Opto-Électronique et Micro-Nanosystèmes

Sous la direction de Omar Elmazria et de Frédéric Sarry.

Soutenue en 2007

à Nancy 1 .


  • Résumé

    Les travaux présentés dans ce manuscrit concernent la réalisation et la caractérisation d’un capteur de gaz à base de dispositifs à ondes élastiques de surfaces, SAW (Surface Acoustic Wave). Pour obtenir et exploiter de telles ondes, deux transducteurs inter-digités (IDT), l’un servant d’émetteur et l’autre de récepteur, sont déposés sur un substrat piézoélectrique. Une tension alternative appliquée aux bornes de l’IDT émetteur génère une onde se propageant le long du substrat. Lorsque cette onde arrive sur l’IDT récepteur, elle est convertie en tension électrique. A partir de ce dispositif, la spécificité du capteur est obtenue par l’ajout d’une couche sensible sur le chemin de propagation de l’onde, entre les deux IDTs. L’adsorption du gaz sur la couche sensible perturbe la propagation de l’onde et modifie ainsi sa vitesse et son amplitude. La structure du capteur développé et caractérisé au cours de cette thèse est la suivante : Polyaniline/ZnO/Quartz. Le substrat bicouche ZnO/Quartz pour une direction de propagation particulière (90°) constitue la partie génératrice d’ondes de Love et la polyaniline, polymère fonctionnalisable est utilisée en tant que couche sensible. La structure génératrice d’ondes a été entièrement réalisée en salle blanche avec notamment l’optimisation des paramètres de dépôt du film de ZnO par pulvérisation réactive RF magnétron et la photolithographie des IDTs. Elle a ensuite été étudiée et caractérisée, avant et après dépôt de la couche sensible, par des mesures expérimentales confrontées aux estimations théoriques. Pour finir, nous avons procédé à des tests sous gaz (NO2, SO2 et éthanol) avec notre capteur. Nous avons ainsi pu montrer le potentiel d’utilisation de la structure Polyaniline/ZnO/Quartz en tant que capteur de gaz.

  • Titre traduit

    Realization and characterization of a Love wave gas sensor with the Polyaniline/ZnO/Quartz structure


  • Résumé

    The work presented in this book concerns the realization and characterization of a gas sensor based on surface acoustic wave (SAW) devices. To obtain and work with these waves, two interdigital transducers, one emitting and one receiving, are deposited on a piezoelectric substrate. An alternating input signal at the emitting IDT stimulates a wave that propagates along the substrate. At the receiving IDT, this wave is converted into electrical output signal. To obtain a gas sensor, a sensitive film is added in the path of the wave, between the IDTs. The gas adsorption on the sensitive film perturbs the wave propagation and modifies its velocity and amplitude. The sensor structure developed and characterized during this PhD thesis is the following : Polyaniline/ZnO/Quartz. The two layers ZnO/Quartz substrate, for a 90° propagating direction, generates the Love waves and the polyaniline, polymer that can be modified by functional groups is used as sensitive layer. The waves generating structure has been realized entirely in a clean room, especially with the optimisation of the ZnO films deposition by RF magnetron reactive pulverisation process and the photolithography of the IDTs. Then, this structure has been studied and characterized, before and after the sensitive layer deposition, with experimental measurements compared with theoretical estimations. Finally, we have made gas tests (NO2, SO2 and ethanol) with the sensor. In this way, we have shown that the Polyaniline/ZnO/Quartz structure can be used as gas sensor.

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  • Annexes : Bibliogr.

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