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
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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