Soutenance de thèse de BENAYACHE Amira
Titre de thèse
Miniaturisation d'un capteur d'oxygène électrochimique pour application industrielle
Miniaturization of an electrochemical oxygen sensor for industrial applications
Résumé de la thèse
De nos jours, les procédés automatisés s'appuient sur le retour d'informations récolté par les analyseurs et capteurs environnant le système, afin de réguler et optimiser le rendement du procédé, et limiter les émissions polluantes dans l'atmosphère ambiante.
Ces dispositifs sont souvent encombrants et consomment beaucoup d'énergie électrique, notamment par chauffage, afin de fonctionner dans les meilleures conditions pour fournir une mesure fiable et stable dans le temps.
Les travaux présentés dans cette thèse consistent à développer un microcapteur pour la mesure du dioxygène gazeux, en se basant sur la sonde existante nommée « MicroPoas » à principe électrochimique et fonctionnant à haute température (> 600 °C).
L'objectif est d'aboutir à un dispositif miniaturisé et fonctionnant à moindre température. Pour ce faire, Les techniques de la microélectronique incluant la photolithographie et le dépôt par pulvérisation cathodique RF sont utilisées pour élaborer la succession des couches composant le microcapteur, incluant le chauffage, le capteur de température, la référence et la couche sensible.
Des analyses physico-chimiques sont réalisées sur la couche sensible pour caractériser sa morphologie, structure et composition chimique. Le microcapteur est ensuite testé sous atmosphère contrôlée en oxygène à 600 °C et fait part d'une caractérisation électrique afin d'évaluer sa réponse sous différentes configurations de polarisation.
Thesis resume
Today, automated processes rely on the feedback gathered by integrated analyzers and sensors to regulate and optimize the process performance, while minimizing environmental pollution. In combustion applications, for instance, precise oxygen monitoring is required.
These devices are often cumbersome and consume a lot of electrical energy, particularly through heating, to operate under the best conditions to provide reliable and stable measurement over time.
The work of this thesis focuses on the development of a miniaturized oxygen gas sensor, based on the existing MicroPoas probes, which operate under an electrochemical principle at high temperature (> 600 °C).
In order to achieve a miniaturized device that operates at lower temperatures, microelectronic techniques including photolithography and RF sputtering are used to deposit the sequence of layers composing the sensor. To achieve this, microfabrication techniques such as photolithography and radio frequency (RF) magnetron sputtering analyses are performed on the sensitive layer to characterize its structure and chemical composition.
Physicochemical analyses are conducted to investigate the structure and composition of the sensitive layer. The fabricated device is then tested under a controlled oxygen atmosphere, and its electrical response is evaluated in different polarization configurations.
The microsensor is finally tested in an oxygen-controlled atmosphere and its response is evaluated through electrical characterization under different polarization configurations at 600 °C.