Article

1 - PRINCIPES GÉNÉRAUX

2 - DÉTECTION DES GAZ PAR DES OXYDES SEMI-CONDUCTEURS

3 - APPLICATIONS

4 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : R2385 v1

Capteurs de gaz à semi-conducteurs

Auteur(s) : Marc DEBLIQUY

Date de publication : 10 sept. 2006

Pour explorer cet article
Télécharger l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !

Sommaire

Présentation

RÉSUMÉ

La technologie des capteurs de gaz a considérablement progressé ces dernières années, notamment pour un meilleur contrôle de l’impact environnemental des procédés industriels. Deux types d’appareillage peuvent prétendre répondre à ce besoin : les analyseurs, coûteux et complexes, et les capteurs chimiques, plus simples, constitué d’une couche sensible. Dans le cas des capteurs semi-conducteurs, cette couche est semi-conductrice et sa conductivité est fonction du milieu environnant. Les performances de ces capteurs de gaz sont nombreuses, citons la sensibilité, la sélectivité, le temps de réponse, le temps de récupération.

Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.

Lire l’article

Auteur(s)

  • Marc DEBLIQUY : Responsable de la cellule de recherche capteurs du centre Materia Nova à Mons (Belgique) - Conseiller scientifique à la faculté polytechnique de Mons

INTRODUCTION

Ces dernières années, la demande en méthodes de détection de gaz et de mesure de leur concentration a considérablement augmenté. Cet intérêt est essentiellement dû aux considérations environnementales, de sécurité ou de contrôle de procédé.

Dans le domaine de la détection des gaz, il convient de distinguer les analyseurs (instruments d’analyse) et les capteurs chimiques.

Les analyseurs sont généralement des systèmes relativement complexes associant différents éléments mécaniques, chimiques et électriques. L’ensemble est souvent coûteux, encombrant et énergivore, ce qui le rend peu apte à des mesures sur site. De plus, ces instruments sont souvent affligés d’un temps de réponse long soit par la technique de détection elle-même, soit par la nécessité de manipulation des échantillons. On retrouve dans cette catégorie d’instrument les chromatographes et les divers spectromètres. Les avantages principaux de ces instruments sont la possibilité d’une analyse complète et précise de l’échantillon de gaz.

Les capteurs chimiques quant à eux sont généralement des systèmes simples constitués d’une couche sensible permettant la reconnaissance du gaz avec lequel elle interagit et d’un système transducteur transformant l’interaction chimique en un signal électrique. Souvent, les deux fonctions sont intimement liées.

Les avantages principaux des capteurs sont : leur faible encombrement, leur faible consommation énergétique, leur faible coût, les temps de réponse relativement courts. Tous ces avantages en font des instruments idéaux pour les mesures sur site et le contrôle de procédé en ligne. En revanche, l’analyse de mélanges complexes nécessite l’emploi d’un grand nombre de capteurs sensibles à l’une ou l’autre espèce gazeuse. L’exploitation du signal de plusieurs capteurs différents à l’aide d’un traitement du signal adéquat constitue ce qu’on appelle un « nez électronique ». Ces dernières années, ce domaine a fait l’objet d’une activité intense.

Il existe plusieurs familles de capteurs chimiques qui se distinguent par le type de couche sensible et le principe de transduction. Le lecteur intéressé trouvera une description des ces capteurs dans le dossier [P 360] et dans l’ouvrage [1].

Une famille particulière de capteurs a retenu notre attention ici : les capteurs à semi-conducteur.

Ces capteurs sont constitués d’une couche sensible semi-conductrice dont la conductivité dépend de la composition de l’atmosphère qui l’entoure. Le signal est donc une simple résistance variable. Ces capteurs s’insèrent facilement dans des circuits électroniques classiques. De plus, ce type de capteur se prête particulièrement bien à l’emploi des technologies de fabrication de la microélectronique actuelle. Citons par exemple les microcapteurs à base de SnO2 développés par la société MiCS.

Les performances des capteurs sont caractérisées par différents paramètres. Les principaux sont les suivants :

  • sensibilité : lien entre les variations de signal du capteur et la concentration en gaz cible ;

  • limite de sensibilité : concentration minimale détectable en gaz cible ;

  • sélectivité : aptitude à détecter le gaz cible à l’exclusion de tout autre ;

  • interférents : gaz autres conduisant à une réponse indésirable du capteur ;

  • temps de réponse : temps requis pour atteindre 90 % de la réponse en régime après mise en contact avec le gaz à détecter ;

  • temps de récupération : temps requis pour revenir à la valeur de base du signal après évacuation du gaz ;

  • durée de vie : période pendant laquelle les caractéristiques du capteur permettent son utilisation avec un degré de précision suffisant (dépend de l’exigence de l’application) ;

  • dérive : évolution de la ligne de base du capteur en l’absence du gaz cible ;

  • consommation : puissance absorbée par le capteur en fonctionnement.

Les couches sensibles exploitées peuvent être constituées d’un semi-conducteur minéral, essentiellement des oxydes métalliques, ou d’un semi-conducteur organique. Nous nous limitons à la présentation des capteurs à base d’oxydes semi-conducteurs. Ceux-ci ont connu une diffusion et un succès commercial beaucoup plus importants. Sur les capteurs chimiques à semi-conducteurs organiques, le lecteur est invité à consulter le dossier Capteurs chimiques à semi-conducteurs organiques : les phtalocyanines[RE 9].

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 92% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-r2385


Cet article fait partie de l’offre

Mesures physiques

(119 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Lecture en cours
Présentation

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 95% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Mesures physiques

(119 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Sommaire
Sommaire

BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - ASCH (R.) -   Les capteurs en instrumentation industrielle  -  . p. 779-807, Dunod (1991).

  • (2) - SCACCHI (G.), BOUCHY (M.), FOUCAULT (J.-F.), ZAHRAA (O.) -   Cinétique et catalyse  -  . Génie des Procédés de l’École de Nancy, Lavoisier Tec & Doc (1996).

  • (3) - ALI OMAR (M.) -   Elementary Solid State Physics  -  . Addison-Wesley Publishing (1975).

  • (4) - MATTHIEU (H.) -   Physique des Semiconducteurs et des Composants Électroniques  -  . Masson (1996).

  • (5) - GERL (M.), ISSI (J.-P.) -   Physique des matériaux. Traité des Matériaux 8  -  . Presses Polytechniques et Universitaires Romandes (1997).

  • (6) - GORDON (R.G.) -   *  -  MRS Bulletin (août 2000).

  • ...

1 Fabricants, constructeurs

(Liste non exhaustive)

De nombreuses entreprises réalisent des capteurs à base de semi-conducteurs (tableau ).

Microsens

http://www.microsens.ch

MiCS (MicroChemical Systems)

http://www.microchemical.com

Figaro Engineering Inc.

http://www.figarosensor.com

City Technology (et marque Capteur)

http://www.citytech.com

Steinel

http://www.steinel.ch

Sochinor

http://www.sochinor.com

UST (Umwelt Sensor Technik)

http://www.umweltsensortechnik.de

Vaillant

http://www.vaillant.de

HAUT DE PAGE

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 93% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Mesures physiques

(119 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS