Développement d’un capteur environnemental ultra-basse consommation à base de SnO2 en technologie CMOS FDSOI

Antonio Assaf (1) , João Resende (2) , Levert Theo (2) , Bernard Pelissier (2) , Infante Ingrid C. (3) , Bassem Salem (2) , Bertrand Vilquin (4) , Abdelkader Souifi (2, 1)

1 INL - Institut des Nanotechnologies de Lyon
2 CEA-LETI - Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives - Laboratoire d'Electronique et de Technologie de l'Information
3 INL - DE - INL - Dispositifs Electroniques
4 INL - MFN - INL - Matériaux Fonctionnels et Nanostructures

Le contrôle de la qualité de l’air présente aujourd’hui un enjeu majeur compte tenu des très forts impacts environnementaux liés aux activités industrielles et aux transports [1]. L’estimation du besoin annuel du capteur est d’un trillion (1012) à l’horizon 2022 [2]. Les technologies de la microélectronique évoluent très rapidement et intègrent de plus en plus de nouvelles fonctions que l’on associe aux systèmes de traitement des informations. Dans ce contexte, les technologies à base de capteurs ultra-sensibles et ultra-basse consommation présentent un réel avantage. Les transistors à effet de champ FDSOI (fully depleted silicium on insulator) combinés à des matériaux sensibles et compatibles avec le Back-End-of-Line (BEOL) peuvent dans ce contexte être utilisés comme transducteurs électrochimiques ultra-sensibles et autonomes pour des applications notamment pour les secteurs industriels comme l’automobile et plus généralement dans le domaine de l’environnement. Le premier défi est d’optimiser le matériau sensible, d’une façon à baisser la température du travail du capteur afin de réduire la consommation d’énergie de ce dernier. Le matériau choisi est l’oxyde d’étain car SnO2 est un matériau très sensible au gaz environnant et possédant une longue durée de vie [3]. La réponse de ce dernier dépend de la microstructure du matériau (taille des grains, cristallinité, stœchiométrie, etc.) [4]. Nous avons réalisé une étude systématique des conditions de dépôt par pulvérisation cathodique et de cristallisation post-dépôt de films minces de SnO2 sur silicium, compatibles avec les technologies BEOL. Des mesures de résisitivité ont complété les études structurales et ont permis d’optimiser les conditions d’élaboration. [1] J.K. Hart et al. Environmental sensor network: a revolution in the earth system science? Earth Sci. Rev., 2006) [2] Trillion Sensor Universe, iNEMI Spring Member Meeting and Webinar Berkeley, CA, April 2, 2013 [3] Chengxiang Wang, Metal Oxide Gas Sensors: Sensitivity and Influencing Factors [4] Capteurs de gaz à SC – Techniques de l’ingénieur 2006

Domaines: Matériaux; Matériaux; Science des matériaux [cond-mat.mtrl-sci]; Micro et nanotechnologies/Microélectronique

Antonio Assaf, João Resende, Levert Theo, Bernard Pelissier, Infante Ingrid C., et al.. Développement d’un capteur environnemental ultra-basse consommation à base de SnO2 en technologie CMOS FDSOI. Journées de la matière condensée (JMC17), Société française de physique (SFP), Aug 2021, Rennes, France. ⟨hal-03375553⟩