Ce travail s'inscrit dans le cadre de la miniaturisation des capteurs de gaz à base d'oxydes<br />semi-conducteurs (SnO2). L'objectif de l'étude est de déposer des couches sensibles par<br />sérigraphie en couche épaisse sur des substrats chauffants réalisés sur silicium par la<br />technologie microélectronique.<br />Les premiers travaux ont consisté à acquérir une base de compétences sur la technique de<br />dépôt par sérigraphie. Pour cela, plusieurs études ont été menées sur l'élaboration des encres<br />conventionnelles (élément actif, liant organique, liant minéral), sur le contrôle des paramètres<br />de dépôts et sur les conditions de recuit. Ainsi le choix de la poudre initial de dioxyde d'étain<br />résulte d'une étude comparative de l'influence de la granulométrie sur la conductance<br />électrique des couches sensibles mesurée à 500°C sous air et sous gaz (CH4, CO, C2H5OH).<br />La poudre doit être fine (0.6-2μm) et ne pas s'agglomérer. Les caractéristiques des dépôts<br />(texture, rugosité, épaisseur, conductance électrique) sont ensuite fortement dépendantes de la<br />composition de l'encre et des conditions de recuit. Le liant organique permet d'ajuster les<br />propriétés rhéologiques de l'encre mais contribue à la création d'une porosité dans les<br />couches et à la diminution de conductances électriques si sa teneur augmente. L'ajout d'un<br />liant minéral accroît l'accrochage des couches sur le substrat, mais entraîne une perte de<br />conductivité liée à des phénomènes de percolation et de réactivité avec l'élément sensible.<br />La seconde partie expérimentale concerne le travail de compatibilité entre la technique de<br />sérigraphie et les supports microélectroniques. Certaines difficultés telles que la résistance<br />mécanique des membranes chauffantes ou le positionnement des motifs miniaturisés<br />(350x500μm2) peuvent être résolues grâce à des réglages de la machine d'impression.<br />Cependant le problème crucial est l'accrochage des couches car l'élément sensibles subit<br />d'importantes contraintes mécaniques issues du sciage des micro-capteurs et des contraintes<br />thermiques imposées par la membrane. Une solution innovante pour améliorer l'adhésion sans<br />dégrader la conductivité électrique consiste à remplacer le liant minéral par une précurseur de<br />l'élément à déposer (sol-gel ou alkoxyde). Cette substitution permet d'améliorer à la fois, le<br />frittage du SnO2 et l'accrochage entre la couche sensible et le support microélectronique. De<br />plus, étant donné les faibles températures de décomposition de ces précurseurs, il est possible<br />d'abaisser la température de recuit des couches jusqu'à 450°C. Cependant une adhésion<br />suffisante n'est obtenue que pour des recuits à partir de 800°C. Des traitements de surface des<br />wafers pourraient s'avérer intéressant pour améliorer l'accrochage à plus faibles températures.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:CCSD/oai:tel.archives-ouvertes.fr:tel-00012121 |
| Date | 04 February 2004 |
| Creators | Rivière, Béatrice |
| Publisher | Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Etienne |
| Source Sets | CCSD theses-EN-ligne, France |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | PhD thesis |
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