Projet ANR-07-BLAN-0189 – SENSOCARB 2007 : Vers une nouvelle génération de (micro)capteurs, à base de carbone de synthèse, pour mesures thermiques et calorimétriques
Programme : Blanc (BLANC) 2007
Année de financement : 2007
Coordinateur du projet : UNIVERSITE DE SAINT ETIENNE (UNIVERSITE DE SAINT ETIENNE)
Partenaires : Centre national de la recherche scientifique; École centrale de Lyon; Université Jean Monnet Saint-Étienne
Montant : 460000.0 euros
Date de début : 2007
Durée : 36 mois
Résumé : L'objectif technologique est d'apporter une innovation majeure dans la technologie des (micro)capteurs thermiques et (nano)calorimétriques, sur une large gamme de température (4K  400K), par la synthèse de couches minces fonctionnelles à base de carbone dopé et allié (Diamond-Like Carbon et Diamant). Ces capteurs, souhaités plus sélectifs et plus sensibles, sont nécessaires dans de nombreux domaines de la mesure fine (thermique, chimie, biologie). Un nouvel élément actif de capteurs à base de carbone de synthèse en couche mince sera optimisé pour réponde à une sélection de cahiers des charges métrologiques ciblés. Le carbone est déjà utilisé à l'état massif (fibres, vitreux) pour la réalisation de capteurs et d'électrodes, en raison de ses propriétés physiques et chimiques remarquables. Le spectre de propriétés des formes carbonées actuellement utilisées limite cependant les domaines d'utilisation de ces capteurs (conditions extrêmes d'usage, sensibilité insuffisante, intégration dans des microsystèmes). -  Plus précisément, nous souhaitons appliquer le DLC à la mise au point d'une thermométrie haute performance à température ambiante, c'est-à-dire avec des coefficients en température d'au moins 5%. Ce type de thermomètre trouverait son application par exemple dans la bolométrie infrarouge non refroidie ou en calorimétrie. Nous appliquerons aussi les matériaux DLC (non dopé) et diamant à la mise au point de supports nouveaux pour des capteurs calorimétriques à basse température compte tenu de leurs propriétés spécifiques : grande conductivité thermique, faible chaleur spécifique, tenue mécanique. -  L'objectif scientifique est de comprendre les mécanismes de conductions électronique et thermique des couches DLC et diamant dopés dans la gamme 4K  400K, en fonction de la nanostructure et de la composition des couches minces, sur lesquelles sera conduite une caractérisation micro et nanostructurale. Deux formes carbonées de synthèse seront élaborées, optimisées et comparées : des films minces de Diamond-Like Carbon (DLC) dopé ou allié par des hétéroatomes élaborés par ablation laser (PLD) en modes nanoseconde et femtoseconde, ainsi que des films de diamant dopé, élaborés par CVD micro-onde assisté plasma (MPCVD). La versatilité de la PLD permet d'incorporer dans le réseau carboné des hétéroatomes soit sous la forme de clusters nanométriques en PLD femtoseconde, soit sous la forme d'une « dilution » atomique en PLD nanoseconde. Des procédés d'élaboration dépendront les propriétés fonctionnelles des couches en tant qu'élément des capteurs. A travers la mise au point d'une chaîne de mesure adaptée aux hautes impédances (R>MOhms), nous pourrons étudier les mécanismes électroniques de transition métal isolant que l'on met en évidence sur les premiers essais en dessous de 300K. Nous chercherons à comprendre ces mécanismes à travers les modèles de transition de Mott-Anderson (variable range hoping) et autres modèles donnant des lois de puissance pour la variation de la résistance des films en fonction de la température. -  Le partenariat envisagé repose sur une interdisciplinarité forte et un échange de savoir-faire entre spécialistes de la mesure en propriétés électriques et thermiques des surfaces et spécialistes de l'élaboration et de la caractérisation de couches minces carbonées Ce caractère interdisciplinaire rend le projet non éligible dans les appels à projets thématiques de l'ANR. Trois laboratoires sont associés pour ce projet, avec des complémentarités et des pontages que le dossier argumente. Une collaboration internationale avec le Japon (Université de Tohoku) a été amorcée en 2006 sur le sujet et sera amplifiée. -  Ce projet a fait l'objet d'un soutien financier strictement limité à l'année 2006, de la part de la Région Rhône-Alpes (projet blancs CIBLES 2006). Ce soutien a permis d'amorcer la collaboration et le travail expérimental par la réalisation des première couches de DLC et de diamant sans dopage. Le dossier présen