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

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22 Ill) Comparaison entre les systèmes ISE et ISFET. Bien que les ISFETs présentent de nombreux avantages par rapport aux électrodes conventionnelles, ils n'ont pas encore acquis le niveau technologique suffisant permettant de les commercialiser. HI. 1) Intérêts des ISFETs par rapport aux électrodes conventionnelles en verre. Il sera possible de fabriquer en grande série les ISFETs (plusieurs puces dans une même tranche de silice) et à faible coût, parce qu'ils utilisent une technologie MOSFET bien connue. Pour ce qui concerne la détection du pH par les électrodes en verre, on est obligé de faire appel à des techniques sophistiquées afin d'avoir des verres spéciaux, ce qui augmente considérablement le prix de revient, les électrodes étant fabriquées à la pièce. Par leurs petites tailles (millimètre), il sera possible d'inclure ces nouveaux capteurs dans le domaine médical. Par exemple il sera possible d'insérer ces capteurs dans un cathéter afin de suivre en permanence le taux de calcium ou de potassium ou autres durant une opération chirurgicale. La conception tout solide du capteur lui conf'ere une certaine robustesse lui permettant de faire des mesures sous de fortes pressions comme par exemple dans des fonds sous-marins. Il est possible d'obtenir un capteur polyfonctionnel pour une détection multiple, pour des applications médicales par exemples. Du fait de sa plus faible impédance de sortie, le système de mesure sera plus simple que dans le cas des électrodes de verre, et pourra être intégré. Caractéristiques ISE ISFET Impédance de sortie élevée> 1O faible iø Traitement du signal extérieur intégrable Dimensions grandes : env. 15 cm 0-1,5 très petites: 1,5 par 2,5 mm Tableau III: Caractéristiques comparées de l'électrode spécifique (ISE) et de l'ISFET cm Robustesse fragile robuste Conception liquide interne tout solide Coût élevé faible (micro-électronique séries)
23 flI.2) Inconvénients des ISFETs par rapport aux électrodes conventionnelles. 111.2.1) Dérive. Comme il a été mentionné ci-dessus, un des avantages des ISFETs est leur utilisation en milieu médical. Il est donc nécessaire que les mesures soient d'une grande précision et donc ne dérivent pas. Malgré les efforts entrepris, la dérive demeure toujours plus élevée que celle des électrodes de verre. Les mesures et les définitions de ces dérives n'étant jamais rigoureusement identiques, les résultats seront difficilement comparables entres-eux. Par ailleurs, ces dérives ont surtout été étudiées sur des capteurs pH. Ainsi Abe et al. [23] ont comparé les propriétés de Si02, Si3N4, Al203. Ils trouvent que la silice n'est pas du tout stable, et que l'alumine est plus stable que le nitrure de silicium. La dérive du nitrure de silicium est de 0,6 mV/h alors que pour l'alumine ils trouvent 0,3 mV/h après 10 jours de stabilisation. Matsuo et al. [24] ont en plus étudié Ta205. Pour le nitrure de silicium, ils trouvent une dérive de 1 mV/h, pour l'alumine ainsi que l'oxyde de tantale, une dérive de 0,1-0,2 mV/h, tout ceci après une stabilisation de 1000 minutes dans un tampon à pH 7. Van den Vlekkert [25] est pour sa part parvenu à diminuer encore la dérive de l'alumine, la ramenant ainsi de 0,1-0,2 mV/h à 50 p.V/h après un simple traitement thermique. Ces mesures de dérive ont été calculées entre la 5ème et la 15eme heures, dans une solution tamponnée à pH = 7,60 (Tris/HC1). Une autre possibilité permettant de réduire la dérive, est de travailler en mesure différentielle. Ainsi si l'ISFET de mesure et l'ISFET de référence ont la même conception, leurs dérives devraient se retrancher, et donc s'annuler. Perrot [26] a ainsi trouvé comme valeur de dérive pour un ISFET alumine, 0,04 mV/h après 5 heures de stabilisation. Ainsi rien qu'avec le temps de stabilisation ou le milieu dans lequel s'est effectué la stabilisation, les résultats entre les différents auteurs sont différents. Le mécanisme de ces dérives n'a pas encore vraiment été élucidé, d'autant plus qu'il est différent pour chaque matériau. Il semble cependant que l'origine en soit le diélectrique qui contiendrait des charges mobiles. Ces charges mobiles sous l'action du champ électrique régnant dans la structure, seraient entraînées, créant ainsi un phénomène de dérive [27]. Puisque les électrodes de verre possèdent des charges mobiles mais pas de champ électrique, leur dérive demeurera donc beaucoup plus faible.
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105 H.H. VAN DEN VLEKKERT, B. KLOEC
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