Analyse et optimisation des performances d'un capteur de gaz à base de SnO2 nanoparticulaire : application à la détection de CO et CO2

par Cyril Tropis

Thèse de doctorat en Micro-électronique

Sous la direction de Philippe Ménini.

Soutenue en 2009

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    Les micro-capteurs de gaz connaissent un intérêt croissant avec le développement des applications " bas-coût " dans les domaines de l'automobile, la domotique ou l'environnement. Pour répondre à cette demande, les micro-capteurs à base d'oxyde métallique présentent des avantages uniques comme leur faible coût, une grande sensibilité, un temps de réponse bref et facile à intégrer dans un système portable miniaturisé. Cependant, ces capteurs tels qu'ils sont aujourd'hui, souffrent d'un manque de sélectivité et d'une dérive de leurs performances à long terme, ce qui freine leur développement. D'autre part, la détection du dioxyde de carbone, qui représente un intérêt grandissant, semblait particulièrement difficile avec ce type de capteur. Dans ce contexte, l'objet de ce travail consiste d'une part à bien comprendre les phénomènes réactionnels observés grâce à la simulation numérique " gaz-surface ", d'autre part à définir un mode opératoire " robuste " permettant d'obtenir une meilleure stabilité et surtout améliorer la sélectivité. Tout d'abord, nous avons étudié les paramètres d'un profil de température dynamique pour améliorer significativement les performances du capteur. Par la suite, un modèle de connaissance des mécanismes de réaction à été développé afin de mieux interpréter, comprendre et prévoir le comportement de ces capteurs. Ce modèle a la particularité de simuler les transferts de charge en surface de la couche sensible en s'appuyant sur des calculs ab-initio. Enfin, nous avons travaillé sur la modélisation de la réponse. Un modèle d'interpolation très performant adapté au problème a été étudié dans un système décisionnel. La convergence de ces trois approches a permis une meilleure compréhension du fonctionnement du capteur avec du CO et du CO2 et la détermination d'un protocole de mesure optimal avec une optimisation du traitement du signal de la réponse électrique.

  • Titre traduit

    Analysis and performances optimization of a nanoparticular SnO2 gas sensor : application to detection of CO and CO2


  • Résumé

    Gas micro-sensors have an increasing interest with the development of 'low-cost" applications in automotive, home automation or environment fields. To reply to this request, micro-sensors based on metallic oxides have unique advantages like their low cost, great sensitivity, short time response and they're easy to integrate in a miniaturized portable system. Nevertheless, these sensors present nowadays a lack of selectivity and a long term performances drift, which slow down their development. On the other hand, detecting carbon dioxide, which represents an increasing interest, seemed to be particularly difficult with this type of sensor. In this context, the aim of this work consists firstly in the understanding of the observed reaction phenomenon with "gas-surface" numerical computations, and secondly in the definition of a "robust" operating mode permitting to obtain a better stability and particularly to improve the selectivity. First, we have studied the parameters of a dynamic temperature profile to improve significantly the sensor performances. Afterwards, a knowledge model of reaction mechanisms has been developed to better interpret, understand and predict the sensors behavior. The specificity of this model is to simulate surface charge transfers of the sensitive layer using ab-initio computations. Finally, we have worked on the modeling of the response. A very suitable interpolation model has been investigated in a decisional system. The convergence of these three approaches has permitted a better sensor functioning understanding under CO and CO2 and the determination of an optimal measurement protocol with an optimization of the electric response data treatment.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (245 p.)
  • Annexes : Bibliogr. à la fin des chapitres

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  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2009TOU30274
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