L'intérêt porté aux microcapteurs électrochimiques ChemFETs (Chemical Field Effect Transistor) ne cesse de croître, stimulé par leurs nombreuses applications. Au cours de cette thèse, différentes structures de ChemFETs à canal non préformé et préformé ont été étudiées, simulées et réalisées. Le procédé technologique et l'encapsulation des ChemFETs à canal préformé ont été mis au point. Les caractéristiques électrochimiques de ces structures ChemFETs ont été effectuées afin de mettre en évidence l'influence du régime de fonctionnement du ChemFETs sur leurs paramètres de détection (sensibilité, linéarité&). Le microcapteur générique pH-ChemFET (grille SiO2/Si3N4) a été adapté à la détection de l'ion ammonium aboutissant à la réalisation de pNH4-ChemFET (grille SiO2/Si3N4/PSX). L'utilisation des techniques de photolithographie a permis la fabrication collective des couches ionosensibles à base d'une matrice organique en polysiloxane (PSX) et d'un ionophore associé: nonactine. La fonctionnalité des pH-ChemFETs et pNH4-ChemFETs a été vérifiée expérimentalement pour la gamme de concentration pH = [2-11] et pNH4 = [1-5] respectivement.

Les récents développements dans l'analyse chimique et biochimique, grâce à la technologie des ChemFETs, ont permis de proposer un large champ d'application. Ces composants ont besoin néanmoins d'être développés pour des applications médicales et agroalimentaires comme la transduction, l'intégration de couches sensibles et l'intégration de l'électrode de référence. Au cours de cette thèse, une étude sur l'intégration d'une microélectrode de référence a été réalisée pour permettre de concevoir une puce ChemFET tout intégrée, avec les techniques de la microélectronique. Cette microélectrode doit imposer un potentiel stable au milieu d'analyse, ayant une faible dérive temporelle, et une longue durée de vie. Ainsi, nos travaux ont conduit au développement d'un nouveau procédé de fabrication de puce pH-ChemFET. Ces nouvelles structures ont été réalisées au sein de la centrale du LAAS- CNRS et validées par leurs caractérisations. La compréhension des phénomènes interagissants, la prévision du fonctionnement, l'influence de l'environnement passent par la modélisation et la simulation. Les modèles existant des pH-ChemFET sont nombreux et robustes. Cependant, concernant les détecteurs enzymatiques EnFETs, il n'existe pas de modèle intégrant tous les phénomènes physico-chimiques. Ainsi, nous avons développé un modèle intégrant la diffusion, la cinétique enzymatique, les équations acido-basiques, le flux, la réponse potentiometrique. Ce modèle a permis la compréhension des mécanismes physiques et d'étudier l'impact des différentes grandeurs influentes. A partir de ce modèle adaptable aux différents capteurs enzymatiques, des EnFETs ont été ainsi réalisées. Les caractérisations de ces détecteurs ont permis par la concordance des résultats expérimentaux et des résultats de simulation, de montrer la validité et la robustesse du modèle.

L'acide glutamique et plus particulièrement son ion associé le glutamate sont des additifs largement utilisés dans l'agro-alimentaire car caractéristiques du gout "umami". Cependant, leur consommation en excès peut être responsable de troubles cérébraux entraînant sueurs, maux de tête, perte d'équilibre, évanouissement et/ou douleurs. Il devient ainsi important de développer des techniques d'analyse en phase liquide des ions glutamates. Les travaux visent ainsi le développement de capteurs enzymatiques basés sur les transistors à effet de champ sensibles au pH (pH-ChemFET), pour la détection du glutamate. Ils visent à la réalisation technologique des microcapteurs Glutamate-EnFET (enzymatic field effect transistor), à leur modélisation et à leur caractérisation en milieux aqueux puis dans la salive, et enfin à leur intégration au sein d'un masticateur électronique développé par le laboratoire FLAVIC-INRA. En parallèle à la réalisation des pH-ChemFET, un nouveau concept de microcapteur, nommé ElecFET, a été mis en place. Ce nouveau concept combine les potentialités de détection des techniques ampérométrique et potentiométrique à la microéchelle. Les différentes étapes technologiques ont été effectuées et les puces ElecFETs ont été fabriquées au sein de la centrale technologique du LAAS-CNRS. Nous avons validé le fonctionnement de l'ElecFET en étudiant d'abord l'électrolyse de l'eau. Ensuite, l'étude des paramètres pouvant influencer la réponse du capteur a été abordée. Enfin, nous avons appliqué ce nouveau concept à la détection du péroxyde d'hydrogène, du glucose et finalement du glutamate.