V ERS LE  N EZ  E LECTRONIQUE  I NTEGRE

II. V

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I

Compte  tenu  de  notre  expérience  depuis  10  ans  sur  les  capteurs  de  gaz  à  oxydes  métalliques, en collaboration avec nos différents laboratoires partenaires (notamment pour  différentes  couches  sensibles)  et  la  société  ALPHA  MOS  depuis  2009,  nous  continuerons  à  développer  des  microsystèmes  de  détection  à  base  de  matrice  de  capteurs  différents.  En  effet,  chaque  application  mérite  une  étude  spécifique  pour  définir,  à  partir  du  cahier  des  charges :  • le nombre de cellules de détection,  • les différents matériaux nécessaires comme couches sensibles,   • des couches filtrantes ou pas,   • un mode de fonctionnement spécifique :  o un profil de température générique ou spécifique pour chacune des cellules,  o l’utilisation de catalyseur extérieur (UV)  o la définition des points de mesures représentatifs (vecteur descripteur)  o un circuit de commande et de traitement du signal approprié.  

Dans  cette  dynamique,  l’objectif  est  double :  il  s’agit  d’une  part  de  valoriser  notre  savoir‐ faire  en  l’exploitant  pour  une  application  donnée  jusqu’au  transfert  industriel,  et  d’autre  part,  de  continuer  à  rechercher  des  structures  innovantes  pour  améliorer  toujours  davantage  la  sensibilité  et  la  sélectivité  pour  un  gaz  dans  un  milieu  complexe  donné  voire  inconnu.  Les applications sont de plus en plus nombreuses avec en particulier une ouverture certaine  vers le domaine de la santé, notamment pour le diagnostic précoce de pathologies à partir  de mesures olfactives de vapeurs de fluides biologiques.   

II.1. Module MultiCapteur 

Les  différents  projets  en  cours  sont  basés  sur  l’utilisation  d’un  module  multicapteur  (généralement à 4 cellules) comme celui en cours de réalisation présenté sur la Figure 75 ou  encore  celui  déjà  développé  dans  le  cadre  de  la  thèse  de  H.  Chalabi  en  collaboration  avec  l’IM2NP à Marseille (Figure 32 p72).  

FIGURE 75 : EXEMPLE DE SIMULATION ELECTROTHERMIQUE D’UN MULTICAPTEUR EN COURS DE REALISATION AU LAAS   

Les  projets  officiels  actuels  sont  typiquement  basés  sur  le  principe  d’élaboration  de  ces  multicapteurs répondant à un cahier des charges donné.  

Tout  d’abord,  dans  le  cadre  d’un  contrat  bilatéral  avec  Alpha  MOS,  nous  travaillons  sur  la  mise  au  point  de  module  multicapteur  intégré  pour  diverses  applications  comme  l’agro‐ industrie, l’énergie, l’environnement et la santé. 

D’autre  part,  nous  avons  démarré  une  thèse  CIFRE  (N.  Dufour)  avec  RENAULT  pour  la  détection  d’un  certain  nombre  de  gaz  à  l’entrée  d’air  de  l’habitacle  de  la  voiture,  dans  l’objectif de contrôler la fermeture automatique des volets en cas de forte concentration des  ces gaz dangereux pour la santé ou simplement nauséabonds. 

Comme  nous  l’avons  déjà  dit,  chaque  application  nécessitera  une  étude  spécifique  pour  aboutir  au  microsystème  de  détection  dédié.  Ces  études  comprendront  le  développement  technologique  des  plateformes  chauffantes  multicellules,  l’intégration  de  différentes  couches sensibles, la mise au point d’un mode de fonctionnement adapté et l’électronique  associée le cas échéant.           

II.2. Evolution des Microsystèmes de détection Intégrés 

Toujours  dans  la  perspective  de  rendre  les  systèmes  de  détection  de  gaz  actuels  les  plus  sélectifs possible, plusieurs pistes ont été évoquées récemment notamment dans le cadre de  nos collaborations.  

La  première  piste  concerne  l’instrumentation  (mise  en  série  de  plusieurs  capteurs)  d’un  canal  dans  lequel  circulerait  un  gaz  (ou  un  liquide)  à  analyser.  Cette  idée  a  fait  l’objet  de  dépôts de projets à l’ANR, piloté par l’IM2NP. Au‐delà de ce premier concept, nous pourrions  instrumenter  un  canal  composé  de  plusieurs  capteurs  comme  indiqué  sur  la  Figure  76,  ou  encore par les nanocapteurs (nanofils verticaux) décrits précédemment. 

  FIGURE 76 : EXEMPLE DE STRUCTURE D’UN CANAL INSTRUMENTE DE MICROCAPTEUR (MC)   

Une  deuxième  piste  concerne  l’intégration  sur  un  substrat  d’une  chaîne  de  détection  comprenant : 

• Un préconcentrateur  

• Une microcolonne chromatographique 

• Un (ou des) capteur(s) de gaz en sortie de colonne  

Cette  idée  a  fait  l’objet  d’un  dépôt  de  projet  à  l’ANR,  piloté  par  le   LCPR‐AC¹⁴. Notre équipe y était associée pour la conception et la réalisation technologique  du microsystème. Malgré une très bonne évaluation, ce projet n’a pas été retenu mais sera  très certainement redéposé à court terme.  

Au‐delà de ces idées de projets avec nos partenaires, il existe un réel intérêt à développer  des microsystèmes intégrés de type canal microfluidique instrumenté qui peut s’appliquer à  la détection de gaz mais plus généralement à la mesure de fluides pour l’analyse chimique  ou biologique. Le développement de ces nouveaux objets est intéressant car il devra relever  des  défis  technologiques  mais  aussi  lever  des  verrous  liés  à  l’hétérogénéité  et  à  la  pluridisciplinarité du micro/nanosystème. 

Enfin, en interne au LAAS, en collaboration avec ALPHA MOS, nous avons déposé au cours du  1^er  semestre  2011,  un  brevet  international  [264]  sur  la  conception  d’un  nouveau  microsystème  de  détection  sélective  de  gaz  dans  un  milieu  complexe.  Ce  microsystème,  réalisé  en  technologie  micro‐électronique,  intègrera  de  manière  générale  toutes  les  avancées  décrites  dans  ce  mémoire  aussi  bien  en  technologie  qu’en  mode  de  fonctionnement. Ce microsystème évolué vise à multiplier les paramètres sur lesquels il est  possible d’agir pour discrétiser la ou les réponses de multicapteurs superposés. 

Ainsi,  en  utilisant  toute  notre  expérience  sur  l'analyse  des  réponses  paramétrées  en  température  et  sur  le  traitement  du  signal,  nous  seront  capables  d’analyser  des  mélanges  complexes ce qui est aujourd’hui impossible avec les capteurs de gaz à oxydes métalliques  actuels « simples ».   Une première structure dédiée à la preuve de concept vient tout juste d’être réalisée mais  ne peut pas être détaillée dans ce mémoire. Cette première étape sera suivie dans un futur  proche d’une série de caractérisations sous ambiance contrôlée pour valider le concept, puis  à moyens termes, de la réalisation de microsystèmes de plus en plus évolués pour atteindre  cet objectif tant recherché qui est la réalisation d’un capteur intégré multiparamètre sélectif.