Préparation de couches minces d'oxynitrure de silicium par PECVD ...

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8 Si-OH Si-0+ H (H)(Si-O) koH - (Si-OH) (1.6) Dans le cas d'une solution dont la concentration en électrolyte est supérieure à 0,1 M, il a été montré que: avec les paramètres suivants: W0=2,3O3 k constante de Boltzmann q (pH-pH) - T température absolue paramètre de sensibilité proportionnel au nombre de sites silanols N par - unité de surface: R- J 2q2N5 i KHCSkT koH où q est la charge élémentaire, KOH = ----- et Cs capacité de la kOH couche de Stern pHpc est le pH pour lequel la charge de surface de la silice est nulle II faut noter que l'équation n'est valable que si qi/kT < 3. Elle met en évidence la dépendance de i4í vis-à-vis de la concentration en H+. I.3 Principaux types de membranes sélectives. 1.3.1 Les óouches sensibles aux protons. Dans ce qui suivra nous appellerons couches minces les isolants tels que l'alumine, les nitrures de silicium ou la silice, tandis que les membranes définiront des matériaux non isolants, souvent déposés sur les couches minces. Le premier ISFET développé par Bergveld [2] utilisait la silice nue de l'oxyde de grille (silice thermique) d'un transistor à effet de champ. II montrait une sensibilité à l'ion sodium et au pH, mais le manque de stabilité de la silice en milieu aqueux et la faible réponse au pH a conduit à développer de nouvelles membranes. (1.7)
9 Puisque l'interface Si/Si02 possède de bonnes qualités électroniques, la silice a souvent été conservée comme point de départ au dépôt d'autres diélectriques tels que l'alumine [3], des nitrures de silicium [4,5], ou de l'oxyde de tantale [6]. Ces matériaux déposés par des procédés CVD (Chemical Vapor Deposition), présentent des réponses quasi-nemstiennes et une bonne stabilité en milieu aqueux. 1.3.2 Les membranes ou couches minces sensibles aux ions autres que le proton. Membranes solides homogènes. Elles sont obtenues par dépôt (évaporation thermique, pulvérisation réactive ou CVD) de matériaux électrochimiquement actifs sur l'isolant de grille. Ainsi des capteurs à Na [7] (dépôt de verre alumino-silicate), à halogénures [8] (halogénure d'argent) ont été préparés de cette manière. La stabilité de tels dispositifs est bonne en ce qui concerne les verres, par contre les membranes à base d'halogénures présentent des dérives importantes et une durée d'emploi brève. Couches sensibles obtenues par implantation ionique: Cette méthode de détection utilisée pour les ions alcalins consiste à implanter ioniquement de la silice thermique (avec par exemple du bore ou de l'aluminium) [9] ou de l'alumine. Malgré les avantages d'une telle méthode, en ce qui concerne sa compatibilité avec les techniques employées dans l'industrie électronique, peu de travaux lui ont été consacrés. Les membranes composites. Un ionophore inclus dans un polymère, recouvre en général un diélectrique stable, tel que les nitrures. La première membrane composite a été utilisée par Moss [10] pour la détection du potassium. Un ionophore (valinomycine) était indu dans une phase polymérique (PVC avec plastifiant ou plus récemment des siloxanes qui évitent l'utilisation de plastifiant et qui améliorent les interactions avec la silice). Ce type de membrane présente les avantages de donner des réponses nernstiennes ainsi que la possibilité de réaliser des capteurs polyfonctionnels. Malheureusement, deux défauts principaux apparaissent: D'une part, la faible adhésion de la membrane sur le diélecthque pénalise la durée de vie du capteur. D'autre part, l'épaisseur relative du polymère implique des temps de réponse relativement longs et des phénomènes d'hystérésis importants. Les études sur ce type de grille, consistent à proposer de meilleures fixations de la membranes sur l'isolant, par l'utilisation par exemple d'agent de couplage [11]. Van den Vlekkert propose également d'inclure un gel intermédiaire avec une concentration en ion fixée pour stabiliser l'interface isolant-membrane [12].
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105 H.H. VAN DEN VLEKKERT, B. KLOEC
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