Elaboration et caractérisation du ZnO et LiTaO3 pour applications microcapteurs

Fabrication and characterization of ZnO and LiTaO3 for microsensors applications

• Auteur / Autrice : Sami Youssef
• Direction : Alain Foucaran, Jean Podlecki
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique, optronique et systèmes
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Montpellier 2

Mots clés

Mots clés contrôlés

Couches minces

Systèmes microélectromécaniques

Piézoélectricité

Microcapteurs

Capteurs optiques

Mots clés libres

Oxyde de zinc

Pulvérisation cathodique magnétron

Capteur optique de gaz

Tantalate de lithium

Piézoélectricité

Pyroélectricité

Analyse calorimétrique différentielle

Mems

Couches minces

Résumé

Dans cette thèse, des couches minces de ZnO et LiTaO3 ont été élaborées par deux techniques de croissance pour des applications microcapteurs. Le manuscrit est alors divisé en deux parties distinctes. La première partie consistant à mettre en œuvre un microcapteur de gaz à base de ZnO, comprend trois chapitres. Les propriétés du ZnO et les technologies utilisées pour la détection des gaz sont traitées dans le chapitre I. Dans le chapitre II, est décrite la technique de pulvérisation magnétron utilisée pour fabriquer les couches de ZnO. Les résultats de caractérisations structurelles et optiques des films de ZnO sont ensuite présentés. Dans le chapitre III sont détaillés les étapes de fabrication du capteur à guides d'ondes puis les résultats de caractérisations des couches de ZnO en présence des gaz explosifs : butane et méthane. La deuxième partie concerne l'étude des propriétés piézoélectriques et pyroélectriques du tantalate de lithium (LiTaO3), et son application à l'analyse calorimétrique différentielle. Le chapitre I de cette partie est consacré à la description du LiTaO3, sa structure et ses propriétés. Nous étudions dans le chapitre II la faisabilité d'un microsystème comportant deux cellules à membrane Pt/SiNx adapté à la micro-ACD où les résistances de platine servent à la fois de chauffage et de détection. Dans le chapitre III, est montrée la faisabilité d'un démonstrateur à base du LiTaO3 massif adapté à l'ACD. Enfin, dans le chapitre IV, sont détaillés les résultats des caractérisations des films de LiTaO3 élaborées par la technique sol-gel sur deux types de substrats : le Silicium (100) et le Saphir (001) en vue de leur intégration dans un microsystème

In this thesis, zinc oxide and lithium tantalite thin films have been deposited by two growth techniques for microsensor applications. This manuscript is then divided in two distinct parts. The first part includes three chapters and consists on the realization of ZnO-based gas microsensor. In chapter I, the properties of ZnO and the technologies used for gas detection are well discussed. In chapter II is detailed the radiofrequency magnetron sputtering that is used to grow ZnO on different substrates. It has been characterized by various methods to enhance its optical and structural properties for optimal gas sensitivity. In chapter III are debated the fabrication sequence for our optical waveguide sensor, sensitivity and selectivity of ZnO thin films to explosive gases: butane and methane. The second part of this work concerns the study of piezoelectric and pyroelectric properties of lithium tantalite, and its applications to differential scanning calorimetry DSC. The chapter I of this part is devoted to the description of LiTaO3 structure and properties. In chapter II we described a MEMS scanning calorimeter with serpentine-shaped platinum resistors for characterizations of microsamples. In this device, the platinum layers are used as heating and sensing element. In chapter III is shown the feasibility of bulk LiTaO3-based demonstrator adapted to differential scanning calorimetry measurements. Finally, in chapter IV, are discussed the characterizations of LiTaO3 thin films elaborated by sol-gel technique on two different substrates: Silicon (100) and Sapphire (001). These thin films will be integrated in the MEMS calorimeter