Brevet FR2670012A1 — publié le 19920605

Procédé pour réaliser un détecteur de gaz L'invention concerne un procédé pour réaliser un détecteur de gaz dans lequel deux électrodes et une couche sensible au gaz qui relie les deux électrodes sont déposées sur un substrat porteur électriquement isolant et auquel est ajouté un catalyseur. Un procédé de ce type est connu par le document DE 34 22 823 A. Trois électrodes sont dans ce cas montées sur le substrat porteur à l'aide d'une technique à film épais, deux des électrodes servant d'électrodes de mesure et une électrode au chauffage du détecteur La couche sensible au gaz est disposée entre les électrodes et est constituée en oxyde de zinc ou en oxyde de zinc dopé à l'aluminium. Sur la couche sensible au gaz est appliqué un film par métallisation sous vide qui est utilisé comme catalyseur Ce film est constitué en platine ou autres métaux actifs Ce détecteur de gaz réagit en particulier à l'acide sulfhydrique, sa conductivité électrique augmentant à mesure qu'augmente la concentration du gaz Le détecteur de gaz est excité typiquement à la température de 2800 C. Le document US 4 197 089 décrit un détecteur de gaz dans lequel trois électrodes sont déposées sur un substrat porteur en céramique, une électrode servant d'électrode de mesure, la seconde électrode d'électrode de chauffage et la troisième électrode d'électrode de masse commune La couche sensible au gaz entre les électrodes est constituée dans ce cas par un film de trioxyde de tungstène On réalise une solution de trioxyde de tungstène qui est déposée en goutte à goutte entre les électrodes Ensuite a lieu un chauffage pendant une durée de quinze minutes à une température de 6000 C Pour rendre le détecteur de gaz sensible à l'ammoniac, on commence par déposer une goutte d'acide platinique entre les électrodes de manière que se forme du platine métallique On applique ensuite la couche de trioxyde de tungstène Ce détecteur exige une température de travail comprise entre 150 et 300 C. Le document EP 141 033 A décrit un procédé pour réaliser des matériaux pour un détecteur de gaz, un oxyde métallique comprenant un sel métallique agissant en tant que catalyseur, par exemple de l'acide platinique, étant mélangé dans une solution La solution est ensuite soumise à un rayonnement UV Le matériau ainsi traité est chauffé lentement à la température d'environ 3000 C Après refroidissement et sectionnement aux dimensions, on ajoute les électrodes En fonction de l'oxyde métallique choisi et du sel métallique choisi, on obtient des détecteurs de gaz présentant des sensibilités déterminées vis-à-vis des types de gaz choisis Ces détecteurs de gaz peuvent également fonctionner à la température ambiante Cependant, leur fabrication est relativement coûteuse. L'invention a pour but de proposer un procédé économique pour réaliser un détecteur de gaz qui fonctionne à la température ambiante et surtout qui est réagit à un gaz prédéterminé. Avec un procédé du type décrit dans le préambule, ce but est atteint du fait que l'on ajoute en tant que catalyseur un sel métallique de la couche sensible au gaz dissous dans de l'eau ou dans un alcool, et on chauffe le détecteur jusqu'à une température située au-dessous du point d'ébullition du sel métallique. Il s'est avéré que grâce à la limitation de la température à une plage située au-dessous de la température d'ébullition du sel métallique, on peut réaliser une couche de catalyseur particulièrement sensible, qui permet au détecteur de gaz de fonctionner déjà à la température ambiante Le procédé de fabrication est relativement simple car on peut travailler à des températures relativement basses lors de l'application du catalyseur Le métal ne se détache pas En outre, le sel métallique sert de catalyseur. Selon un mode de réalisation préféré, le détecteur de gaz est séché à une température située au-dessous du point d'ébullition Le chauffage à cette température dure jusqu'à ce que la teneur en humidité du détecteur, en particulier de la couche de catalyseur ou de la couche sensible au gaz, soit tombée à un pourcentage déterminé. Il est également préférable que la catalyseur soit déposé sur la surface de la couche sensible au gaz La capacité de réaction vis-à- vis du gaz à détecter est dans ce cas à son maximum En outre, les problèmes de fabrication sont réduits au minimum. Avantageusement, la couche sensible au gaz et/ou les électrodes sont munies d'évidements On a ainsi la possibilité de régler la valeur de résistance du détecteur de gaz sur une valeur déterminée Le détecteur de gaz peut ainsi être adapté à la sensibilité de dispositifs d'évaluation. Il est préférable de réaliser les évidements à l'aide d'un rayon laser Grâce au rayon laser, on peut réaliser des structures très fines, ce qui permet de régler la valeur de résistance avec une grande précision. Il est avantageux que la couche sensible au gaz présente grâce aux évidements une forme en méandres On peut ainsi obtenir une résistance électrique relativement élevée Les modifications de la résistance qui sont déterminées par le gaz à détecter sont ainsi importantes et peuvent être facilement détectées. De préférence, les évidements sont réalisés avant l'application de la couche de catalyseur On est ainsi assuré que la couche de catalyseur n'est pas chauffée au-delà de la température demandée. De préférence, les deux électrodes sont appliquées au moyen d'une technique à film épais ou mince après avoir nettoyé le substrat porteur Grâce à une technique à film épais ou mince, on peut réaliser des structures très précises De plus, on peut limiter de façon relativement précise la dilatation dans l'espace des électrodes Ceci est particulièrement avantageux quand on utilise pour les électrodes des matériaux de valeur tel que de l'or. Il est également avantageux que la couche sensible au gaz soit appliquée par métallisation sous vide Grâce à un procédé de ce type, on peut régler avec une grande précision l'épaisseur de la couche sensible au gaz On peut ainsi reproduire les détecteurs de gaz avec une grande précision. Avantageusement, la couche sensible au gaz est constitué par une couche de zinc qui s'oxyde à une température située dans la plage de 400 Q à 5000 C, et notamment dans la plage de 4400 à 4600 C Il est facile d'appliquer le zinc sous forme d'une couche On peut obtenir l'oxydation par chauffage à une température située dans la plage mentionnée, et par exemple à 4500 C On obtient ainsi une couche d'oxyde de zinc (Sn Ox) qui s'est avérée extrêmement bonne pour être utilisée pour la détection de gaz par modification de la conductivité électrique. Il est avantageux que l'on utilise en tant que catalyseur de l'acide platinique en solution aqueuse (H 2 Pt Cl 6 ( 6 H 20)) Dans ce cas, le capteur est particulièrement sensible à l'ammoniac. Il est alors avantageux que le capteur soit séché à une température située dans la plage de 700 C à 1150 C, et notamment dans la plage de 1050 à 1150 C pendant plusieurs heures, et en particulier pendant une durée de 20 à 28 heures Ces températures permettent un séchage particulièrement soigneux Le catalyseur peut alors déployer son effet avantageux vis-à-vis de l'ammoniac. L'invention va maintenant être décrite dans ce qui suit à l'aide d'un mode de réalisation préféré, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 représente un détecteur de gaz, et la figure 2 est une vue en coupe transversale du détecteur de gaz, à plus grande échelle. Un détecteur de gaz 1 comprend un substrat porteur 2 pouvant être constitué par exemple par un substrat en céramique (A 1203) ou par un substrat en Si avec un isolateur (nitrure ou oxyde) Sur le substrat sont prévues deux électrodes 3 Entre les électrodes 3 est déposé par métallisation sous vide une couche 4 sensible au gaz Elle est constituée en oxyde de zinc (Sn Ox) Sur la couche 4 sensible au gaz est disposé un catalyseur 5 La couche 4 sensible au gaz est munie d'évidements 6 qui isolent électriquement les unes des autres des sections voisines de la couche 4 sensible au gaz, ce qui fait que cette dernière présente une forme en méandres De manière analogue, les électrodes 3 peuvent être également munies d'évidements, qui ne sont pas représentés. Pour la fabrication, on commence par nettoyer le substrat 2. Ensuite, deux électrodes 3 constituées en un métal inerte tel que du platine ou de l'or sont appliquées au moyen d'une technique à film épais ou mince, ceci signifiant qu'elles sont appliquées par pression et ensuite cuites à environ 8500 C Après un nouveau nettoyage et un nouveau séchage, le substrat 2 qui est muni des électrodes 3 est placé dans une installation sous vide La couche 4 sensible au gaz y est 1 O déposée par métallisation sous vide, par exemple par une technique à film mince (métallisation réactive) La couche sensible au gaz comporte une liaison électrique avec les deux électrodes La couche sensible au gaz est constituée dans ce cas en zinc (Sn) d'une épaisseur d'environ 100 nn Après application de la couche sensible au gaz, l'ensemble de l'agencement est chauffé à environ 4500 C, la couche de Sn étant alors transformée en une couche d'oxyde de zinc (Sn Ox). Puis on découpe à l'aide d'un rayon laser les évidements 6 dans la couche sensible au gaz. On dépose sur la couche sensible au gaz une solution de catalyseur ou d'un mélange de catalyseur qui forme par la suite la couche 5 La sensibilité vis-à-vis d'un type de gaz déterminé est ainsi renforcée Dans le cas présent, l'acide platinique est utilisé dans une solution aqueuse (H 2 Pt CI 6 ( 6 H 20)) et on sèche le détecteur de gaz pendant environ 24 heures à la température de 1150 C Cette température est située au-dessous du point d'ébullition de l'acide platinique Un détecteur de ce type est particulièrement sélectif vis- à-vis de l'ammoniac La résistance électrique entre les deux électrodes 3 augmente à mesure qu'augmente la concentration de l'ammoniac. REVENDICATIONS 1 Procédé pour réaliser un détecteur de gaz dans lequel deux électrodes et une couche sensible au gaz qui relie les deux électrodes sont déposées sur un substrat porteur électriquement isolant et auquel est ajouté un catalyseur, caractérisé en ce que l'on ajoute en tant que catalyseur ( 5) un sel métallique de la couche ( 4) sensible au gaz dissous dans de l'eau ou dans un alcool, et on chauffe le détecteur ( 1) jusqu'à une température située au-dessous du point d'ébullition du sel métallique. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur de gaz est séché à une température située au-dessous du point d'ébullition. 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le catalyseur ( 5) est déposé sur la surface de la couche sensible au gaz ( 4). 4 Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la couche ( 4) sensible au gaz et/ou les électrodes ( 3) sont munies d'évidements ( 6). Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les évidements ( 6) sont réalisés à l'aide d'un rayon laser. 6 Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la couche ( 4) sensible au gaz présente grâce aux évidements ( 6) une forme en méandres. 7 Procédé selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que les évidements ( 6) sont réalisés avant l'application de la couche de catalyseur ( 5). 8 Procédé selon l'une des revendications I à 7, caractérisé en ce que les deux électrodes ( 3) sont appliquées au moyen d'une technique à film épais ou mince après avoir nettoyé le substrat porteur ( 2). 9 Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la couche ( 4) sensible au gaz est appliquée par métallisation sous vide. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la couche ( 4) sensible au gaz est constitué par une couche de zinc qui s'oxyde à une température située dans la plage de 4000 à 5000 C, et notamment dans la plage de 4400 à 4600 C 11 Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'on utilise en tant que catalyseur ( 5) de l'acide platinique en solution aqueuse (H 2 Pt C 16 ( 6 H 20)). 12 Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que le capteur est séché à une température située dans la plage de 700 à 1150 C, et notamment dans la plage de 1050 à 1150 C pendant plusieurs heures, et en particulier pendant une durée de 20 à 28 heures.