Titre :	Nanoparticules d'oxydes semi-conducteurs : synthèse, caractérisation et application à la détection sélective de gaz
Titre original :	Nanoparticules of semi-conducting oxides : synthesis, characterization and application to selective gas detection
Type de document :	texte imprimé
Auteurs :	Erades, Laurent, Auteur ; Bruno Chaudret, Directeur de thèse ; Maisonnat, André, Directeur de thèse
Année de publication :	2003
Langues :	Français (fre)
Tags :	NANOPARTICULES  OXYDE DE TUNGSTÈNE  DIOXYDE D’ÉTAIN  OXYDE D’INDIUM  SEMI-CONDUCTEUR  CAPTEUR DE GAZ  MICROÉLECTRONIQUE  SYNTHÈSE  CARACTÉRISATION  APPLICATION A LA DÉTECTION  SELECTIVE DE GAZ  ÉTAIN  TUNGSTÈNE  INDIUM NANOPARTICLES  TUNGSTEN OXIDE  TIN DIOXIDE  INDIUM OXIDE  SEMICONDUCTOR  GAS SENSOR  MICROELECTRONICS  SYNTHESIS  CHARACTERIZATION  APPLICATION TO SELECTIVE GAS DETECTION  TIN  TUNGSTEN  INDIUM
Résumé :	"A côté de ces solutions, les dispositifs utilisant les propriétés de conductivité de céramiques à oxydes semiconducteurs ont connu un important développement au cours des vingt dernières années. L'utilisation de semiconducteurs comme détecteurs de gaz remonte à 1952, lorsque Brattain et Bardeen ont, pour la première fois, décrit les effets du germanium sur la détection de gaz [2] Le principe de détection de gaz par des oxydes métalliques fait intervenir des réactions d'adsorption-désorption à la surface de l'oxyde qui seront précisées dans le chapitre I. Le changement de l'état de surface de l'oxyde métallique induit par le gaz va être traduit sous forme de signal électrique par l'intermédiaire de la microstructure du matériau sensible. Taguchi est le premier à avoir utilisé les capteurs de type semi-conducteurs à oxyde métallique en tant que produit industrialisable. Ces capteurs sont, en effet, à la fois sensibles au monoxyde de carbone, au dihydrogène, aux oxydes d'azote, etc...., peu coûteux, consomment très peu d'énergie et ont une grande durée de vie. Les capteurs basés sur les autres types de technologies n'offrent pas toutes ces caractéristiques. Puisque le principe de détection repose sur des réactions de surface, on conçoit aisément que le contrôle de la structure des matériaux semi-conducteurs est primordial. Ils doivent avoir une cristallinité convenable et présenter un rapport surface sur volume le plus grand possible ce qui implique un contrôle morphologique à l'échelle nanométrique. Comme nous le détaillerons plus loin, la morphologie du matériau dépend fortement de la technique d'élaboration utilisée et des divers traitements thermiques. Ainsi, les couches sensibles obtenues par évaporation/condensation sont minces et compactes alors que celles obtenues par les techniques de dépôt de type "screen-printing" sont épaisses et poreuses. Ce dernier est une technique basée sur le dépôt d'une pâte d'oxyde métallique sur un substrat (alumine ou silicium) à l'aide d'une raclette. La pâte passe à travers les mailles d'un écran, sur lequel a été préalablement dessiné le motif à réaliser. Finalement, les capteurs à base de céramiques ont une consommation en puissance trop élevée car le design actuel n'assure pas une bonne isolation thermique et la sélectivité vis-à- vis de différents gaz est grandement améliorable. Consécutivement à ces problèmes, de nouveaux développements en matière de substrats et de techniques de préparation des couches sensibles ont vu le jour ces dernières années. L'intégration des couches sensibles se fait, de plus en plus fréquemment, sur des substrats issus de la technologie en microélectronique. Ce type de capteurs semble prometteur pour enrayer les problèmes liés aux céramiques préparées par "screen-printing". Tenant compte de ce qui précède, nous nous sommes fixés comme objectif de combiner technologie microélectronique et ingénierie des nanomatériaux pour aboutir à une nouvelle conception de capteurs de gaz. De la microélectronique, nous attendons les avantages de la production de masse, de la réduction de taille et de la diminution de la consommation en énergie. De la science des nanomatériaux, nous attendons le contrôle de morphologie qui doit permettre d'atteindre stabilité, sensibilité et sélectivité (règle des trois S) pour le capteur. Ce travail de thèse a été mené dans le cadre d'un partenariat entre le CNRS et la société Microchemical Systems (MICS). Il prend le relais d'un travail préliminaire initié dans le cadre de la thèse de Céline Nayral, en partenariat avec la société Motorola Semiconductors. Le transfert de l'activité capteurs de Motorola à MiCS explique le changement de partenaire industriel. Le premier chapitre sera consacré à un tour d'horizon bibliographique pour ce qui concerne les particularités électriques des oxydes semi-conducteurs, et de leur réactivité de surface. Il dressera un état de l'art sur les technologies utilisées dans la conception de capteurs de gaz à oxydes métalliques. Le deuxième chapitre concernera l'approche organométallique pour l'élaboration d'oxydes métalliques de tailles nanométriques. Il rappellera les différentes méthodes utilisées pour la préparation de solutions colloïdales métalliques. Le savoir-faire de notre équipe en matière de synthèse de nanoparticules nous amènera à élaborer du dioxyde d'étain, de l'oxyde d'indium et de l'oxyde de tungstène à morphologie nanoparticulaire. De plus, nous nous servirons également de notre expérience dans le domaine, pour doper la surface des particules de dioxyde d'étain par des métaux nobles (Pt, Pd) sous forme de très petites particules. Enfin, le troisième chapitre sera consacré à la mise en œuvre de ces oxydes métalliques semi-conducteurs sur plates-formes silicium dans le but de caractériser leurs propriétés électriques vis-à-vis de gaz polluants. Ces derniers sont de deux types : les gaz oxydants et les gaz réducteurs. Nous utiliserons la couche de dioxyde d'étain pour détecter les gaz réducteurs, d'oxyde d'indium pour les gaz oxydants et essaierons de différencier les deux types de comportements électriques pour aborder la notion de bicapteur."
Document :	Thèse de Doctorat
Etablissement_delivrance :	Université de Toulouse
Date_soutenance :	20/01/2003
Domaine :	Chimie et Physico-chimie des Eléments de Transition
Localisation :	LCC
En ligne :	http://www.theses.fr/2003TOU30031

Nanoparticules d'oxydes semi-conducteurs : synthèse, caractérisation et application à la détection sélective de gaz = Nanoparticules of semi-conducting oxides : synthesis, characterization and application to selective gas detection [texte imprimé] / Erades, Laurent, Auteur ; Bruno Chaudret, Directeur de thèse ; Maisonnat, André, Directeur de thèse . - 2003.
Langues : Français (fre)

Tags :	NANOPARTICULES  OXYDE DE TUNGSTÈNE  DIOXYDE D’ÉTAIN  OXYDE D’INDIUM  SEMI-CONDUCTEUR  CAPTEUR DE GAZ  MICROÉLECTRONIQUE  SYNTHÈSE  CARACTÉRISATION  APPLICATION A LA DÉTECTION  SELECTIVE DE GAZ  ÉTAIN  TUNGSTÈNE  INDIUM NANOPARTICLES  TUNGSTEN OXIDE  TIN DIOXIDE  INDIUM OXIDE  SEMICONDUCTOR  GAS SENSOR  MICROELECTRONICS  SYNTHESIS  CHARACTERIZATION  APPLICATION TO SELECTIVE GAS DETECTION  TIN  TUNGSTEN  INDIUM
Résumé :	"A côté de ces solutions, les dispositifs utilisant les propriétés de conductivité de céramiques à oxydes semiconducteurs ont connu un important développement au cours des vingt dernières années. L'utilisation de semiconducteurs comme détecteurs de gaz remonte à 1952, lorsque Brattain et Bardeen ont, pour la première fois, décrit les effets du germanium sur la détection de gaz [2] Le principe de détection de gaz par des oxydes métalliques fait intervenir des réactions d'adsorption-désorption à la surface de l'oxyde qui seront précisées dans le chapitre I. Le changement de l'état de surface de l'oxyde métallique induit par le gaz va être traduit sous forme de signal électrique par l'intermédiaire de la microstructure du matériau sensible. Taguchi est le premier à avoir utilisé les capteurs de type semi-conducteurs à oxyde métallique en tant que produit industrialisable. Ces capteurs sont, en effet, à la fois sensibles au monoxyde de carbone, au dihydrogène, aux oxydes d'azote, etc...., peu coûteux, consomment très peu d'énergie et ont une grande durée de vie. Les capteurs basés sur les autres types de technologies n'offrent pas toutes ces caractéristiques. Puisque le principe de détection repose sur des réactions de surface, on conçoit aisément que le contrôle de la structure des matériaux semi-conducteurs est primordial. Ils doivent avoir une cristallinité convenable et présenter un rapport surface sur volume le plus grand possible ce qui implique un contrôle morphologique à l'échelle nanométrique. Comme nous le détaillerons plus loin, la morphologie du matériau dépend fortement de la technique d'élaboration utilisée et des divers traitements thermiques. Ainsi, les couches sensibles obtenues par évaporation/condensation sont minces et compactes alors que celles obtenues par les techniques de dépôt de type "screen-printing" sont épaisses et poreuses. Ce dernier est une technique basée sur le dépôt d'une pâte d'oxyde métallique sur un substrat (alumine ou silicium) à l'aide d'une raclette. La pâte passe à travers les mailles d'un écran, sur lequel a été préalablement dessiné le motif à réaliser. Finalement, les capteurs à base de céramiques ont une consommation en puissance trop élevée car le design actuel n'assure pas une bonne isolation thermique et la sélectivité vis-à- vis de différents gaz est grandement améliorable. Consécutivement à ces problèmes, de nouveaux développements en matière de substrats et de techniques de préparation des couches sensibles ont vu le jour ces dernières années. L'intégration des couches sensibles se fait, de plus en plus fréquemment, sur des substrats issus de la technologie en microélectronique. Ce type de capteurs semble prometteur pour enrayer les problèmes liés aux céramiques préparées par "screen-printing". Tenant compte de ce qui précède, nous nous sommes fixés comme objectif de combiner technologie microélectronique et ingénierie des nanomatériaux pour aboutir à une nouvelle conception de capteurs de gaz. De la microélectronique, nous attendons les avantages de la production de masse, de la réduction de taille et de la diminution de la consommation en énergie. De la science des nanomatériaux, nous attendons le contrôle de morphologie qui doit permettre d'atteindre stabilité, sensibilité et sélectivité (règle des trois S) pour le capteur. Ce travail de thèse a été mené dans le cadre d'un partenariat entre le CNRS et la société Microchemical Systems (MICS). Il prend le relais d'un travail préliminaire initié dans le cadre de la thèse de Céline Nayral, en partenariat avec la société Motorola Semiconductors. Le transfert de l'activité capteurs de Motorola à MiCS explique le changement de partenaire industriel. Le premier chapitre sera consacré à un tour d'horizon bibliographique pour ce qui concerne les particularités électriques des oxydes semi-conducteurs, et de leur réactivité de surface. Il dressera un état de l'art sur les technologies utilisées dans la conception de capteurs de gaz à oxydes métalliques. Le deuxième chapitre concernera l'approche organométallique pour l'élaboration d'oxydes métalliques de tailles nanométriques. Il rappellera les différentes méthodes utilisées pour la préparation de solutions colloïdales métalliques. Le savoir-faire de notre équipe en matière de synthèse de nanoparticules nous amènera à élaborer du dioxyde d'étain, de l'oxyde d'indium et de l'oxyde de tungstène à morphologie nanoparticulaire. De plus, nous nous servirons également de notre expérience dans le domaine, pour doper la surface des particules de dioxyde d'étain par des métaux nobles (Pt, Pd) sous forme de très petites particules. Enfin, le troisième chapitre sera consacré à la mise en œuvre de ces oxydes métalliques semi-conducteurs sur plates-formes silicium dans le but de caractériser leurs propriétés électriques vis-à-vis de gaz polluants. Ces derniers sont de deux types : les gaz oxydants et les gaz réducteurs. Nous utiliserons la couche de dioxyde d'étain pour détecter les gaz réducteurs, d'oxyde d'indium pour les gaz oxydants et essaierons de différencier les deux types de comportements électriques pour aborder la notion de bicapteur."
Document :	Thèse de Doctorat
Etablissement_delivrance :	Université de Toulouse
Date_soutenance :	20/01/2003
Domaine :	Chimie et Physico-chimie des Eléments de Transition
Localisation :	LCC
En ligne :	http://www.theses.fr/2003TOU30031