Capteurs pour environnements sévères

Il existe actuellement une forte demande, émanant de nombreux domaines, pour la réalisation de capteurs capables de fonctionner dans des environnements sévères. Le besoin accru d’enregistrer en temps réel l’évolution de milieux chimiques ou biologiques très spécifiques se rencontre tant dans le domaine médical, que l’industrie automobile ou l’industrie pétrolière, par exemple. Les capteurs doivent alors pouvoir répondre à des contraintes environnementales qui peuvent être extrêmes. Si la miniaturisation des capteurs est largement développée (MEMS et NEMS) et permet aujourd’hui de positionner des capteurs en silicium dans des espaces très restreints, devenant ainsi intégrables sur des puces électroniques, le choix du matériau utilisé reste crucial. En effet, le silicium voit ses propriétés physiques et électriques fortement dégradées dès lors que la température de travail du dispositif est supérieure à 100°C. Par ailleurs le Silicium présente une réactivité accrue en milieu biologique, ce qui le handicape sévèrement pour une utilisation en milieu biologique. Dans cette optique un thème de recherche de l’équipe Electro s’oriente vers l’évaluation du carbure de silicium (SiC) comme matériau de base pour développer des capteurs opérant en milieux agressifs (1). Le nitrure de gallium, déjà largement exploré dans d’autres thèmes de recherche, est également considéré pour cette thématique (2-4). Le travail développé est centré sur la croissance spécifique de ces matériaux, les problèmes relatifs au procédé de croissance ainsi que leur obtention sous des architectures matériau potentiellement utilisables pour la formation de structures formant les éléments actifs de capteurs : poutres, membranes… Cet axe s’appuie sur des collaborations externes (laboratoires GREMAN, IEMN) ainsi que sur des projets nationaux (actuellement : projet H2MEMS – financement ANDRA 2017-2021 ; projet ANR NEMSGaN 2019-2022).

Structures résonantes à base de 3C-SiC
Figure 1 : Exemples de réalisation de structures résonantes à base de 3C-SiC
Réacteurs SiC
Figure 2 : Réacteurs de croissance dédiés à la croissance SiC en place au laboratoire: à gauche, réacteur développé au laboratoire d’une capacité de 2’’; à droite, réacteur NOVASiC hébergé par le CRHEA, d’une capacité de 4’’
Films de 3C-SiC sur Si observées par AFM et MEB
Figure 3 : Différentes morphologies de surface de films de 3C-SiC sur Si observées par AFM et MEB

Principales collaborations

GREMAN, IEMN

Références :

  1. 3C-SiC – From electronics to MEMS devices
  2. Gallium Nitride as an Electromechanical Material
  3. AlGaN/GaN HEMTs with very thin buffer on Si (111) for nanosystems applications
  4. Influence of metal‐organic vapor phase epitaxy parameters and Si(111) substrate type on the properties of AlGaN/GaN HEMTs with thin simple buffer

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