Fabrication de smartsensor à basse température utilisant des transistors à effet de champ à grille suspendue : réalisation de pHmètre de grande sensibilité pour le contrôle en continu de la qualité de l’eau potable - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2011

Fabrication de smartsensor à basse température utilisant des transistors à effet de champ à grille suspendue : réalisation de pHmètre de grande sensibilité pour le contrôle en continu de la qualité de l’eau potable

Fabrication de smartsensor à basse température utilisant des transistors à effet de champ à grille suspendue : réalisation de pHmètre de grande sensibilité pour le contrôle en continu de la qualité de l’eau potable

Design e implementação de um sistema matricial para medição do pH baseado em transistores de porta suspensa(SGFET).

Résumé

PH measurement by integrated microelectronic devices has been developed with the advent of devices like ISFET (Ion Sensitive Field Effect Transistor). These devices are limited by Nernst law at 60mV/pH of sensitivities. With the development of micro-technology, the production of sensors type like SGFET (Suspended Gate Field Effect Transistor) became possible. These structures realized by surface micromachining and conventional MOS processes can achieve much higher sensitivity. After a review of different methods of measuring pH and their basic principles, the document describes the manufacturing processes of microelectronics sensors SGFET. Then this work deals with the design and implementation of an automated measurement of pH system. This system is based on sensors SGFET arranged in a matrix. This manuscript presents firstly the various options of sensors bias and in a second part, it develops the system architecture. Finally first results on matrix are presented. Thus the best measurement protocol to ensure reliability and good sensitivity here is a few seconds duration sampling of the drain current with a constant gate and drain voltage. This method has achieved reproducibility in the pH sensitivity and reliability over time that could even lead to measures of the order of 150 hours. The design of an addressing and automated measurement system has allowed to take advantage of this matrix aspect by making statistical treatment of measurements and thus approach a fully operational system.
La mesure du pH par des dispositifs microélectronique intégrés a été développée avec l’apparition des dispositifs de type ISFET (Ion Sensitive Field Effect Transistor). Ces dispositifs sont limités par la loi de Nernst à des sensibilités de 60mV/pH. Le développement des microtechnologies a permis depuis, la réalisation de capteurs de type SGFET (Suspended Gate Field Effect Transistor). Ces structures réalisé par micro-usinage de surface et procédés MOS classique permettent d’atteindre des sensibilités bien plus élevées. Après un rappel des différentes méthodes de mesure du pH et leurs principes de bases, le document décrit les procédés de fabrication microélectronique des capteurs SGFET. Puis ce travail présente la conception et la mise en oeuvre d’un système automatique de mesure du pH. Ce système est basé sur des capteurs SGFET disposés sous forme de matrices. Ce document expose tout d’abords les différentes options de polarisations des capteurs puis dans une seconde partie développe l’architecture du système de mesure ainsi que des premiers résultats matriciels. Ainsi le protocole de mesure présentant le plus d’avantages s’avère ici être l’échantillonnage durant quelque secondes du courant de drain a tension de grille et de drain constante. Cette méthode a ainsi permis d’atteindre une reproductibilité dans la sensibilité au pH et une fiabilité dans le temps qui a même pu aboutir sur des mesures de l’ordre de 150 Heures. La conception d’un système d’adressage et de mesure automatisé a quand a lui permis de profiter de l’aspect matriciel des capteurs pour opérer un traitement
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tel-02441208 , version 1 (15-01-2020)

Identifiants

  • HAL Id : tel-02441208 , version 1

Citer

Bruno da Silva Rodrigues. Fabrication de smartsensor à basse température utilisant des transistors à effet de champ à grille suspendue : réalisation de pHmètre de grande sensibilité pour le contrôle en continu de la qualité de l’eau potable. Micro and nanotechnologies/Microelectronics. Université de Rennes1, 2011. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-02441208⟩
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