Des circuits intégrés photoniques pour la détection de gaz
Publié par Redbran le 17/10/2018 à 12:00
Source: CNRS-INSIS
La lumière permet de détecter la présence de substances dans un milieu. Des chercheurs du Centre de nanosciences et de nanotechnologies et du Politecnico Di Milano (Italie) ont développé des circuits intégrés photoniques dans le moyen infrarouge, basés sur des guides d'ondes en silicium-germanium. Ces structures permettent de réaliser des capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable, exemple : une tension électrique, une hauteur de mercure, une intensité, la déviation d'une aiguille…. On fait...) intégrés, capables de détecter des concentrations de quelques centaines de ppm(1). Ces travaux sont publiés dans la revue Optical Materials Express (Express est un langage informatique servant à spécificier formellement des données. Il a fait l'objet d'une normalisation (ISO 10303-11).).



© C2N – CNRS/UPSUD
Figure: (a): guides d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière.) en alliages SiGe. (b): comparaison entre les pertes du guide d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans...) et le spectre d'absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise par une autre entité, par exemple, un atome qui fait une transition...) de la résine utilisée. Les pics d'absorption de la résine à 5,8?; 6,25 et à partir de 6,6 µm sont clairement visibles lors de la mesure de la transmission des guides d'onde.

Dans la gamme spectrale du moyen infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde supérieure à celle de la lumière visible mais plus courte que celle des...), la spectroscopie permet d'identifier et quantifier efficacement différentes substances chimiques et biologiques. Son exploitation dans diverses applications, en particulier portables, demande des composants compatibles avec cette gamme de longueurs d'onde. Des chercheurs du Centre de nanosciences et de nanotechnologies (C2N, CNRS/Université Paris-Sud) et du Politecnico Di Milano développent ainsi des circuits intégrés photoniques dans le moyen infrarouge, basés sur des guides d'ondes en silicium-germanium (SiGe). Ils ont démontré pour la première fois le potentiel de ces structures pour des capteurs intégrés.

Les alliages SiGe offrent un contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) souple des propriétés du guide, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en bénéficiant de la transparence (Un matériau ou un objet est qualifié de transparent lorsqu'il se laisse traverser par la lumière. Cette notion dépend de la longueur d'onde de la...) du germanium dans le moyen infrarouge. L'utilisation de guides en spirale (En mathématiques, une spirale est une courbe qui commence en un point central puis s'en éloigne de plus en plus, en même temps qu'elle tourne autour.) permet d'augmenter la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu avec sa...) d'interactions tout en gardant un dispositif compact. La détection s'opère avec la partie évanescente du mode optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.), la partie de l'onde qui se propage le long de la surface extérieure du guide. Elle entre ainsi directement en contact avec l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme environnement tend actuellement à prendre...) à analyser. Comme première preuve de concept, les chercheurs ont réussi à détecter les raies spécifiques d'absorption entre 5,8 et 6,2 µm d'une résine déposée sur les guides en alliage (Un alliage est une combinaison d'un métal avec un ou plusieurs autres éléments chimiques.) SiGe. Les résultats obtenus ont montré que ces composants devraient permettre la détection du méthane (Le méthane est un hydrocarbure de formule brute CH4. C'est le plus simple composé de la famille des alcanes. C'est un gaz que l'on trouve à l'état...) à des concentrations de quelques centaines de ppm, soit des quantités inférieures à la limite d'exposition professionnelle recommandée par les normes environnementales internationales.

Ces travaux ont bénéficié d'une bourse ERC Starting Grant INSPIRE et de la plateforme RENATECH du C2N.

Notes:
(1) ppm: parties par million (Un million (1 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf (999 999) et qui précède un million un (1 000 001). Il vaut...), 1ppm = 1 mg/kg.
(2) RENATECH: réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit...) national des grandes centrales de micro-nanofabrication.


Références publication:
Mid-infrared sensing between 5.2 and 6.6 μm wavelengths using Ge-rich SiGe waveguides,
Q. Liu (Liu (chinois : 柳宿, pinyin : liǔ xiù) est une loge lunaire de l'astronomie chinoise. Son étoile référente (c'est-à-dire celle qui délimite la frontière occidentale de la...), J. Manel Ramirez, V. Vakarin, X. Le Roux, A. Ballabio, J. Frigerio, D. Chrastina, G. Isella, D. Bouville, L. Vivien, C. Alonso Ramos, D. Marris-Morini,
Optical Materials Express, 8 (5), 1305 (2018)

Contact chercheuse:
Delphine Marris-Morini - C2N
Page générée en 0.006 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique