Note publique d'information : La mesure du taux de CO2 est un besoin relativement récent. Les travaux sur l'utilisation
de nouveaux matériaux pour la réalisation de capteurs de gaz, efficaces et peu chers,
suscitent des intérêts scientifique et technologique croissants. L'objectif de ces
travaux de thèse est l'élaboration et la caractérisation de nouvelles couches sensibles
obtenues par pulvérisation cathodique radiofréquence pour la réalisation de capteurs
de CO2. Les films minces ont été déposés à partir d'une cible céramique de CuO, dans
diverses conditions de dépôt, en variant la pression d'argon dans l'enceinte et la
puissance RF appliquée. Dans un premier temps, nous avons caractérisé la structure
et la microstructure des films bruts et recuits sous air par DRX, MEB, AFM et spectroscopie
Raman. Nous avons également étudié les propriétés physiques des films minces ainsi
que leur surface accessible par adsorption de gaz krypton (méthode de Brunauer, Emmett
et Teller). Le traitement thermique à 450°C n'affecte pas la structure cristalline
des couches, en revanche il tend à faire chuter fortement la surface accessible entre
les colonnes. Après l'optimisation des paramètres de fonctionnement de la cellule
de mesure, nous avons caractérisé les performances des films de CuO pour la détection
du CO2. La meilleure réponse (?R/R=51 %) a été obtenue pour une couche élaborée à
2 Pa avec une puissance RF de 30W. De plus, la température optimale de mesure est
relativement basse (T= 250°C). Le contrôle de la microstructure et plus particulièrement
de la taille des grains s'est avéré être le paramètre principal qui impacte la réponse
sous CO2. Les meilleurs résultats ont été obtenus avec des tailles de grains proches
d'une vingtaine de nanomètres de diamètre. Une bonne modélisation de la réponse électrique
en fonction de la taille des grains a pu être réalisée en prenant en compte un circuit
électrique équivalent comportant une zone enrichie en porteur de type trous à la surface
des grains et dont l'épaisseur est de l'ordre de la longueur de Debye.
Note publique d'information : The measure of the rate of CO2 is a recent need. The works on the use of new materials
for the conception of gas sensors based semiconductor oxides, effective and not expensive;
arouse a huge interest in our society. The objective of this thesis is the elaboration
and the characterization of new sensitive layers obtained by RF sputtering for the
realization of the sensors of CO2. Thin films were deposited using two targets: CuFeO2
and CuO, under three conditions by varying argon pressure and RF power. First of all,
the structure and the microstructure were studied for the as-deposited samples. Surface
investigations carried out by Atomic Force Microscopy (AFM), X-ray Diffraction (XRD),
Raman spectroscopy, BET measurements and MEB-FEG images have shown a strong influence
of deposition technique parameters on film surface topography and morphology. In a
second step, the thin films were annealed in air in order to oxidize the phase. For
the composite CuO/CuFe2O4, Glow discharge optical emission spectrometry technique
showed a structure in two layers stacked on top of each other for the thinner films.
For the cupric films, no changes on both structure and microstructure have been revealed.
Our films have then been evaluated for CO2 detection. The sensitive layers with different
thicknesses were sensitive to 5000 ppm of CO2. The deposition parameters are optimized
to obtain microstructure features which can enhance the sensitivity of the thin films
as gas sensors. Best response was obtained for a cupric sample deposited in P2 30W
conditions and was close to 50% at T = 250°C. We have demonstrates that cupric oxide
alone can detect the CO2 gas and that the growth conditions determine the film surface
characteristics. The gas sensing characteristics of these films are strongly influenced
by both surface morphology and microstructure.
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