Rapport

Pages: 38 (9357 mots) Publié le: 3 octobre 2014
ECOLE NATIONALE SUPERIEURE
DES MINES DE SAINT-ETIENNE

N° d’ordre : 326CD

THESE
Présentée par
Béatrice RIVIERE

pour obtenir le grade de

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DOCTEUR
DE L’ECOLE NATIONALE SUPERIEURE DES MINES DE SAINT-ETIENNE

Dans la spécialité : GENIE DES PROCEDES

Optimisation du procédé de sérigraphie pour la réalisation
de capteurs de gaz en coucheépaisse
Etude de la compatibilité avec la technologie
microélectronique
Soutenue à Saint-Etienne le 4 février 2004

COMPOSITION du JURY
Messieurs

Giuliano MARTINELLI

Président

Messieurs

Claude LUCAT
Michel LABEAU

Rapporteurs

Madame

Christine ALEPEE

Examinateurs

Messieurs Christophe PIJOLAT
Encadrants
Jean-Paul VIRICELLE
Thèse préparée au Centre « Sciences desProcessus Industriels et Naturels »

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Je tiens à remercier Christophe PIJOLAT et Jean Paul VIRICELLE pour m'avoir accueillie au
sein de son laboratoire et m'avoir permis de réaliser ma thèse.

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Je suis également très reconnaissante envers Guy TOURNIER pour tous ses conseils et ses
coups de pouces qui m'ont grandementaidé tout au long de mes travaux.
Je remercie mes collègues de l'équipe MICC qui ont su m'aider quand j'en avais besoin :
Pierre MONTMEAT, Nicolas GUILLET, Marc KAMIONKA, Marilyne ROUMANIE, David
ROTUREAU Guillaume BES, Christine VENDEVILLE et Nathalie BERNE..
Mes remerciements s'adressent également à Monsieur MOREL, Pierre FAUE, Muriel
SAUVAN et Christine ALEPE de la société MiCS, pourm'avoir confié cette étude et fait
confiance.
Je remercie le personnel du département SPIN et du département SMS qui m'ont fait profiter
de leurs compétences dans les techniques de caractérisations (MEB, RX, Granolumétre, MET
¦etc.).
Enfin, je ne pourrais oublier tous les collègues des autres équipes de SPIN sans qui ses quatre
dernières années n'auraient pas été aussi joyeuses.
Je finirais enremerciant Bruno et ma famille qui ont su garder leur calme quand il le fallait et
sur qui je pourrais toujours compter.

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Sommaire

Sommaire
Introduction

1

A : Généralité sur les capteurs de gaz résistifs :
principe et réalisation
A.1. Principe de détection

5
5
6

A.1.2 Joints de grains et effets de tailles

7

A.1.3 Interactionmétal/semi-conducteur et effet de l’épaisseur
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A.1.1 Conductivité intrinsèque du matériau : interaction solide/gaz

9

A.2. Les performances des capteurs

10

A.2.1 La sensibilité

10

A.2.2 La sélectivité

11

A.2.3 La stabilité

13

A.2.4 Conclusion

13

A.3. Applications et développement technologique des capteurs

14

A.3.1 Lescapteurs sérigraphiés
A.3.1.1 Les avantages
A.3.1.2 Conceptions de capteurs

14
15
16

A.3.2 Les capteurs sur microhotplates
A.3.2.1 La conception des microhotplates
A.3.2.2 Dépôt de la couche sensible
A.3.2.2.1 Les dépôts physiques
A.3.2.2.2 Les dépôts chimiques

17
18
21
21
22

Références biographiques

26

Sommaire

B : Introduction à la sérigraphie et techniques decaractérisations des
matériaux sensibles

B.1. La sérigraphie

33

34

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B.1.1 Principe de la sérigraphie
B.1.1.1 les encres
B.1.1.2 L’écran
B.1.1.3 L’impression
B.1.1.4 Le séchage et la cuisson

34
34
36
37
38

B.1.2 Etudes sur l’aptitude des encres à la sérigraphie
B.1.2.1 La composition des encres
B.1.2.2 La viscosité et lesconditions d’impression

40
40
40

B.1.3 Description de l’appareillage

42

B.2. Préparation des capteurs

44

B.2.1 Procédure de réalisation des capteurs par sérigraphie

44

B.2.2 Contrôle de la température de l’élément chauffant

47

B.3. Caractérisations des matériaux

48

B.3.1 Mesures électriques des couches sensibles
B.3.1.1 Circuit électrique de mesure des résistances...
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