Technologie des Microcapteurs de gaz

National audienceAujourd’hui, nous pouvons trouver dans la littérature et dans le commerce divers équipements de détection de gaz qui utilisent des capteurs électrochimiques, des capteurs à base d’oxydes métalliques de type résistif, des capteurs catalytiques ou encore piézoélectriques …. L’intérêt croissant pour ces capteurs aussi bien dans le domaine de la recherche qu’en industrie provient de plusieurs raisons. Nous pouvons citer entre autre, des coûts de fabrication avantageux favorisés par le développement des technologies de la microélectronique ; ce qui permet de réduire la taille des composants et donc de réaliser un grand nombre de capteurs sur une même plaquette de silicium. Par ailleurs, avec l’émergence des microsystèmes (début des années 80), nous assistons de plus en plus au développement de dispositifs miniatures, portables, « intelligents », intégrant le (ou les) capteurs, son alimentation, l’électronique de traitement et bien d’autres éléments ; on parle alors de nez électroniques intégrés.La fabrication de ces dispositifs associe les technologies standards de la microélectronique mais également de nouvelles techniques d’élaboration et d’intégration de nouveaux matériaux souvent nanostructurés, ou encore de nouveaux procédés de micro-usinage ou d’assemblage. Tout ceci devrait permettre de répondre aux besoins du marché tels qu’un faible coût de fabrication, une consommation énergétique la plus basse possible, une bonne stabilité, reproductibilité et fiabilité du dispositif, et enfin une portabilité élevée. Déjà en 2005, plus de 70% des détecteurs de gaz sont portables avec une progression constante de ce taux d’année en année (76% aujourd’hui).Parmi les capteurs développés à ce jour, les capteurs de gaz semi-conducteurs répondent le mieux encore aujourd’hui à ces besoins avec un coût de fabrication modéré (d’autant plus faible que le nombre fabriqué sera grand) ; ils sont en effet non seulement très bien adaptés aux techniques de la microélectronique mais intègrent également une grande diversité de matériaux tels que les oxydes métalliques, les polymères semiconducteurs et autres composites. Les premiers capteurs de gaz à base d’oxydes métalliques commercialisés ont été développés par Seiyama et Taguchi dans les années 60. Ils utilisaient le ZnO puis le SnO2 comme matériaux sensibles pour la détection des gaz de pétrole liquéfiés (LPG : liquid petroleum gases). Depuis, de nombreux travaux de recherches ont été réalisés et le sont encore à ce jour pour améliorer leurs performances, toujours perfectibles notamment en termes de stabilité, de reproductibilité et surtout de sélectivité.Au milieu des années 2000, les « Grand défis de la recherche » selon le forum international MNT Gas Sensor Forum (Déc.2006) étaient les suivants :•La caractérisation de COV à l'intérieur et la qualité de l'air de l’habitacle automobile.•l’identification des gaz expirés pour l’analyse médicale (mesure des variations anormales des marqueurs gazeux de maladies).•L’amélioration de la sélectivité et de la stabilité pour les capteurs de gaz semi-conducteurs •Une méthodologie d'optimisation combinatoire des matériaux de détection.•Des MEMS intégrés en utilisant des réseaux de capteurs (combinaison des optima de détection).Dans ce chapitre, nous aborderons deux grandes parties : •L’évolution technologique des capteurs à oxydes métalliques •Le développement d’une nouvelle génération de capteur de gaz communicant sans filtoutes deux répondant à ces grands défis toujours d’actualité