Des capteurs de gaz à base de nitrure de gallium transférés sur un support flexible
Des capteurs de gaz à base de nitrure de gallium, réalisés sur un substrat en saphir, ont été transférés sur des feuilles métalliques ou polymères souples. Ce transfert a pour effet de doubler la sensibilité du capteur aux oxydes d'azote (NOx), de multiplier par six son temps de réponse, et ouvre la voie à des applications environnementales, portables et à bas coût. Ces résultats sont publiés par des chercheurs de l’UMI GeorgiaTech-CNRS dans Scientific Reports.
Les capteurs de gaz à base de nitrure de gallium ont l'avantage d'être thermiquement et chimiquement très stables. Ils détectent et mesurent la concentration des gaz polluants NOx jusqu'au niveau du ppb (parties par milliard). Une équipe de GeorgiaTech-CNRS, une unité mixte internationale (UMI) du CNRS et de GeorgiaTech, a trouvé une solution pour transférer ce type de capteurs sur des supports souples.
Le procédé mis au point par les chercheurs commence par la croissance d'une couche de nitrure de bore, par épitaxie en phase vapeur aux organométalliques (MOVPE), sur un substrat de saphir de 2 pouces. C'est sur cette couche de quelques nanomètres d'épaisseur qu'est réalisée ensuite, par épitaxie MOCVD, la structure AlGaN/GaN du capteur de gaz. Comme l’hétéro-structure n'est que faiblement liée à la couche de nitrure de bore (par des forces de van der Waals), elle est alors facilement séparée du substrat en saphir, et transférée sur une feuille métallique ou polymère flexible. Le substrat en saphir est réutilisable, ce qui devrait réduire les coûts de fabrication pour une production en série.
Des mesures comparatives, effectuées avant et après transfert, ont montré que la sensibilité du capteur au NOx, loin d'être dégradée, était doublée, tandis que son temps de réponse était multiplié par six. Des performances que les chercheurs attribuent à une température de fonctionnement plus élevée du capteur transféré sur support souple.
Ce procédé permet d'envisager de fabriquer des capteurs de gaz très sensibles sur des supports flexibles, pour des applications environnementales portables. Les chercheurs veulent maintenant l'améliorer pour viser d'autres applications dans l'électronique de haute performance.
© UMI GeorgiaTech-CNRS
Couche flexible avec quelques composants après séparation du substrat Saphir
Références :
Gas sensors boosted by two-dimensional h-BN enabled transfer on thin substrate foils: towards wearable and portable applications
T. Ayari, C. Bishop, M. B. Jordan, S. Sundaram, X. Li, S. Alam, Y. ElGmili, G. Patriarche, P. L. Voss, J. P. Salvestrini & A. Ougazzaden
Nature Scientific Reports (novembre 2017)
DOI : 10.1038/s41598-017-15065-6
http://dx.doi.org/10.1038/s41598-017-15065-6