Instrumentation thermique pour la microfluidique


Notre but est le développement de « capteurs et actionneurs » thermiques à partir d’une seule et même technologie pour des applications micro-fluidiques concernant entre autres la micro-réaction chimique. Les capteurs développés utilisent les propriétés électriques des diodes Zéner et en particulier la variation de la chute de tension, à travers la diode polarisée en inverse, en fonction de la température.

Nous proposons une technologie simple et fiable basée sur des associations de diodes polysilicium qui peuvent être implémentées soit sur différents matériaux massifs divers (silicium, verre ou carbure de silicium (SiC)), soit sur des membranes (diélectriques ou SOI) pour un fonctionnement à hautes températures. Notre procédé consiste en une succession de zones localisées implantées N+ localisées dans un film de polysilicium dopé P+, conduisant à une association en série de diodes P+N+ successivement polarisées en direct et en inverse.

Cette technologie présente de nombreux avantages : des capteurs de petite taille permettant une mesure localisée et précise de la température, un faible coût de par une production de masse et un procédé compatible technologie CMOS, et des sensibilités thermiques plus importantes que celles obtenues par des procédés de type résistances par exemple. Les sensibilités thermiques mesurées sont de -220mV/°C.

   
 

Représentation schématique de deux géométries de capteurs comprenant soit 4 soit 12 diodes en inverse dans le film de polysilicium


Type d’arrangement longitudinal pour la mesure de température le long d’un canal


Développement de l’électronique dédiée à la mesure de réactions exothermiques ou de flux de gaz


Exemple de suivi en temps réel de température pour trois capteurs placés le long d’un canal dans le cas d’un mélange eau chaude/eau froide

Contact :

Thierry Camps : camps@laas.fr

Personnes impliquées :

Antoine Marty, Josiane Tasselli, Bertrand Marty, Denis Lagrange

Collaborations et Financement :

Projet Inter-région Aquitaine-Midi-Pyrénées (2005/2008) : « Thermique en micro-fluidique : application à la chimie »
Partenaires : LGC-INP Toulouse, LOF-Rhodia Bordeaux, CPMOH Bordeaux, ENSTIMAC Albi, TREFLE Bordeaux, THERMOCONCEPT Talence, NEOTIM Albi
Projet FCE-DGE : « INPAC : Intensification globale d’un procédé de production d’anticancéreux » (2006/2010)
Partenaires : Laboratoires Pierre Fabre-Gaillac, LGC-INP Toulouse, Boostec Industries-Tarbes
Projet FCE-DGE : « NACOMAT : Matériaux Nano-composites » labellisé Pôle AESE (2007/2010)
Partenaires : SNECMA Propulsion Solide, AIRBUS, ARKEMA, CEA, LIEHBERR, SNECMA, EADS, RHODIA, MARION, MAPAERO, HEXCEL, EMAC et 15 laboratoires de recherche Aquitaine/ Midi-Pyrénées
Projet Région Midi-Pyrénées : « INIMAT : Initiateur matriciel pyrotechnique de nouvelle génération »
Partenaires : LGC-INP Toulouse, LACROIX Muret (2008/2010)

Publications :

2007
T. CAMPS, B. MARTY, J. TASSELLI, A. MARTY, L. BOUSCAYROL, J.C. MARROT
“A generic technological approach for thermal sensors and actuators development”
18th Workshop on MicroMechanics Europe (MME 2007), Guimaraes (Portugal), 16-18 Septembre 2007, pp.47-50
2008
B.MARTY, T.CAMPS, J.TASSELLI, A.MARTY, L. BOUSCAYROL, J.C.MARROT
“Potentialities of glass wafers for thermal sensors and actuators development”
1st European Conference on Microfluidics, 10-12 décembre 2008, Bologne (Italie)
B.MARTY, T.CAMPS, A.MARTY, J.TASSELLI, D. LAGRANGE
« Conception et realisation d’une plateforme d’instrumentation thermique pour les applications microfluidiques »
Journées du GDR Micro et Nano Systèmes, 3-5 décembre 2008, Montpellier
2009
B.MARTY, T.CAMPS, J.TASSELLI, D.LAGRANGE
« New polysilicon sensor and actuator technology for the development of a thermal platform »
Transducers 2009, Denver, 21-25 juin 2009
T.CAMPS, B.MARTY, J.TASSELLI, A.MARTY
“Thermal management integration for microfluidics applications”
DTIP 2009, Rome, 1-3 avril 2009