Les développeurs de capteurs de gaz à couche mince bénéficient d'une plateforme à substrat chauffé

Photo d'un substrat de test avec structure de chauffage du Fraunhofer IPMS. © Fraunhofer IPMS / Photo d'un substrat de test avec structure de chauffage du Fraunhofer IPMS. © Fraunhofer IPMS

Exemple d'image thermique d'un substrat de test chauffé maintenu par une ventouse à vide du Fraunhofer IPMS. © Fraunhofer IPMS / Exemple d'image thermique d'un substrat de test chauffé maintenu par une ventouse à vide du Fraunhofer IPMS. © Fraunhofer IPMS

Photo de substrats de test, à gauche un avec structure de chauffage, comparé en taille à une pièce de 1 centime d'euro. © Fraunhofer IPMS / Photo de substrat de test, à gauche avec structure de chauffage, comparé en taille à une pièce de 1 centime d'euro. © Fraunhofer IPMS

Le Fraunhofer-Institut für photonische Mikrosysteme IPMS développe et fabrique des puces de test chauffables sur mesure pour la caractérisation de nouveaux matériaux de la détection de gaz. Des couches sensorielles déposées dessus ainsi que leurs paramètres spécifiques à l'application, tels que la sensibilité et la sélectivité, peuvent ainsi être étudiés de manière ciblée. Des conceptions de puces fabriquées sur mesure permettent une caractérisation optimale et très précise de ces couches fines.

La détection de gaz tels que NO2, NH3, CO, H2S ou des composés organiques volatils (COV) comme l'acétone, le formaldéhyde et le méthanol est d'une grande importance pour l'évaluation d'un éventuel danger pour la santé.

Les capteurs de gaz basés sur des oxydes métalliques à composants individuels et des matériaux à base de carbone souffrent actuellement de limitations, telles qu'une sensibilité faible dans la plage des ppm et ppb inférieurs, ainsi qu'une durée de vie limitée, ce qui empêche leur utilisation généralisée en tant que capteurs de gaz haute performance. C'est pourquoi des développements supplémentaires sont nécessaires pour obtenir des propriétés électriques et thermiques associées à une haute sensibilité, une réponse rapide, une grande sélectivité et une répétabilité rapide.

Dans le cadre de tels développements, la caractérisation des couches sensibles joue un rôle déterminant pour pouvoir produire et utiliser de manière ciblée les matériaux utilisés. Le Fraunhofer IPMS développe et fabrique des structures de conductance et de transistors individuels pour l'évaluation de matériaux innovants. Ces substrats peuvent être utilisés pour la caractérisation des propriétés électriques des matériaux de capteurs de gaz à couches minces. De plus, ces substrats peuvent également servir de base pour des développements de produits plus avancés.

»Les capteurs de gaz doivent souvent être exploités à des températures définies. Nos substrats permettent de régler précisément la température de la couche, ce qui facilite et rend efficace l'étude des matériaux. Cela inclut également l'étude de la stabilité et du drift sur différentes périodes. En outre, le comportement peut être étudié lors des processus de dépôt de couche. Afin de développer la technologie de manière individuelle, nous recherchons des partenaires et pouvons également fournir des puces préconçues pour des mesures», explique le Dr Alexander Graf, responsable du groupe Capteurs et Systèmes de Gaz.

Avantages des substrats du Fraunhofer IPMS

Les substrats de puces fabriqués par le Fraunhofer IPMS offrent des structures de haute précision et des matériaux performants, constituant ainsi une base prometteuse pour l’évaluation reproductible des matériaux dans le cadre de questions de R&D et de qualification. Les substrats permettent l’utilisation de conceptions spécifiques au client. Des structures d’électrodes, par exemple avec différentes largeurs et longueurs de canal, peuvent être déposées sur une puce, permettant ainsi d’utiliser de manière spécifique les paramètres idéaux.

La fabrication se fait régulièrement en salle blanche sur des wafers de silicium avec une couche d’oxyde de silicium thermique (SiO2), d’autres oxydes comme le dioxyde d hafnium (HfO2) étant également disponibles comme diélectriques. Dans le développement de capteurs, les matériaux sensibles déterminent la performance globale du capteur. Les développeurs de matériaux et de procédés peuvent déposer des couches semi-conductrices à partir d’une solution ainsi que par des procédés de dépôt en phase gazeuse chimique (CVD) ou physique (PVD) sur les substrats. La caractérisation électrique suivante permet de tracer des courbes caractéristiques et d’évaluer en fonction de la conductance, de la mobilité des porteurs de charge et d’autres paramètres de performance. Lorsqu’un matériau sensible au gaz entre en contact avec l’analyte, cela entraîne une modification des propriétés électriques.

Les substrats du Fraunhofer IPMS offrent une méthode simple pour enregistrer ces changements. Ils permettent ainsi d’évaluer, par exemple, la sensibilité et le drift des matériaux sensoriels, puis de les optimiser, par exemple en ajustant les paramètres de dépôt. Grâce à la technologie de fabrication à l’échelle des wafers, ces substrats constituent également une base intéressante pour un développement orienté produit.

Avec le testeur spécialement développé, il est facile de contacter et de mesurer les structures d’essai.