Thèse : Étude, modélisation et conception d'un multicapteur chimique à base de CNTFET

Soutenance de thèse de doctorat en Microélectronique: Jérôme HEITZ

Équipe : SMH

Titre : Étude, modélisation et conception d'un multicapteur chimique à base de CNTFET

Résumé : Depuis quelques années, les explosifs artisanaux sont fréquemment utilisés dans les actes de terrorisme. Ces explosifs sont très facilement réalisables avec des associations de substances disponibles dans le commerce. Leur simplicité de conception ne les rend pas moins inoffensifs car ils sont tout aussi puissants que ceux à base de TNT (trinitrotoluène). Au regard des enjeux majeurs de la sécurité globale et en particulier de la protection du citoyen, il devient nécessaire de bénéficier d'instruments de détection fiable. C'est dans ce cadre que s'inscrit ce travail de thèse qui vise à développer un dispositif multicapteur intégré, hautement sélectif et sensible aux traces d'explosifs, s'appuyant sur la réalisation d'un nez électronique à base de matrices de transistors à nanotubes de carbone (CNTFET) avec électronique et traitement des données. Après une brève introduction sur le concept de capteur de gaz à base de CNTFET permettant au capteur une miniaturisation maximale, une faible consommation tout en garantissant une bonne sensibilité et sélectivité aux gaz cibles, nous présentons les bases de l'élaboration d'une modélisation compacte du capteur. Cette modélisation a pour but, à terme, de permettre aux concepteurs de simuler électriquement l'élément sensible du capteur avec son électronique de conditionnement. Nous détaillerons également ce qui constitue selon nous l'étape fondamentale précédant l'élaboration d'un modèle compact prédictif basé sur la physique, c'est à dire la compréhension topologique du réseau de nanotubes. Nous détaillerons alors différentes probabilités de contacts entre nanotubes. Nous présentons ensuite dans la deuxième partie de ces travaux de thèse l'élaboration d'une électronique intégrée visant à acheminer les réponses électriques du capteur vers des architectures de traitement de données utilisées pour la détection des différents gaz cibles. Ce travail consiste au développement d'une puce électronique en technologie CMOS haute-tension permettant le conditionnement spécifique et l'amplification des signaux électriques. L'électronique intégrée, alimentée par pile basse tension, pilote les potentiels hautes tensions appliqués aux CNTFET. Des systèmes de conversion DC-DC, générant ces hautes tensions à partir de la pile ont été réalisés. Ces systèmes se basent sur le principe des pompes de charge. Après une étude complète des pompes de charge présentes dans la littérature, nous proposons une nouvelle architecture qui constitue une alternative aux pompes de charge les plus performantes, intéressante dans certaines plages d'utilisation. Les résultats expérimentaux positifs menés sur le dispositif global ont validé non seulement nos modèles de pompes de charge mais également l'adaptabilité de ces dernières au système développé dans le cadre du projet.

Cette thèse a été dirigée par le Professeur Christophe Lallement et co-encadrée par le Professeur Luc Hébrard.

La présentation aura lieu le jeudi 19 septembre 2013 à 14h dans l'amphithéâtre Marguerite Perey au Campus de Cronenbourg (Bâtiment 01).