Highly integrated MEMS resonators for CO2 gas sensing

Prud Homme Buelna, Alberto (2020). Highly integrated MEMS resonators for CO2 gas sensing. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Gas sensors are a technology widely used for many applications and purposes. Notably, the current climate crisis is a motivation for the development of sensors to measure greenhouse gases, mainly CO2. With the development of new microfabrication processes it has been possible to produce micro-resonators for multiple applications, such as gas sensors, offering multiple advantages over commercial sensors, thanks to the fact that they use less energy, are smaller, and are more economical to produce.

While the different parts of an integrated micro-resonator sensor have been researched for years, the possibility of creating a fully integrated gas sensor using a microresonator has not been sufficiently explored. This has created the need to examine whether it is possible to create a fully integrated microelectromechanical system (MEMS) CO2 sensor based on micro-resonators, which is functional and competitive with the current gas sensor market.

This master’s thesis is focused on the creation of a fully functional CO2 MEMS sensor prototype whose measurement variable is the variation of the resonance frequency of the integrated micro-resonator in the presence of a CO2 concentration in air. For this purpose, multiple adsorbance coatings based on polymeric amines are characterized.

Afterward, a fully integrated MEMS CO2 sensor is implemented, including both electronics and micro-resonator with its adsorbent coating. It is shown that the sensor can be competitive with commercial optical CO2 sensors. However, due to the impact of external variables such as pressure, temperature and humidity on the performance of the sensor, it is necessary to perform compensation to guarantee the reliability and accuracy of the measurements.

Titre traduit

Résonateur MEMS hautement intégré pour la détection du CO2

Résumé traduit

Les capteurs de gaz sont une technologie largement utilisée pour de nombreuses applications, faisant de la crise climatique actuelle un déclencheur pour le développement de ces technologies pour mesurer les gaz à effet de serre, principalement le CO2.

Avec le développement de nouveaux processus de microfabrication, il a été possible de produire des micro-résonateurs pour de multiples applications, telles que les capteurs de gaz, offrant de multiples avantages par rapport aux capteurs commerciaux, grâce au fait qu’ils utilisent moins d’énergie, sont plus petits et plus économiques à produire.

Bien que les différentes parties qui intégreraient les micro-résonateurs devant être utilisés comme capteurs aient fait l’objet de recherches pendant des années, la possibilité de créer un capteur MEMS entièrement intégré comme capteur de gaz n’a pas été suffisamment explorée.

Il est donc nécessaire de déterminer s’il est possible de créer un capteur MEMS entièrement intégré basé sur les micro-résonateurs, qui soit fonctionnel et présente une compétitivité sur le marché actuel des capteurs de gaz.

Ce projet est axé sur la création d’un prototype de capteur MEMS CO2 entièrement fonctionnel dont la variable de mesure est la variation de la fréquence de résonance du micro-résonateur intégré, pour lequel ils ont été caractérisés par de multiples revêtements à base d’amines polymères.

Avec la mise au point réussie d’un capteur MEMS pour le CO2, il est possible de réaliser une solution entièrement intégrée en utilisant des micro-résonateurs et qui peut être compétitive avec les capteurs existants sur le marché, cependant, en raison de l’impact de variables externes telles que la pression, la température et l’humidité sur la performance du capteur, il est nécessaire de réaliser des éléments de compensation qui garantissent la fiabilité et la précision de ces capteurs.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Manuscript-based thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment for a master's degree with thesis in electrical engineering". Comprend des références bibliographiques (pages 133-143).
Mots-clés libres:	résonateur MEMS, polyethylenimine; micro-résonateur; capteur de CO2; capteur de gaz; capteur d'humidité; oxyde de graphène réduit; revêtements; capteur de masse, capteur régénératif, adsorbant CO2
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Nabki, Frédéric
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie électrique
Date de dépôt:	06 nov. 2020 18:34
Dernière modification:	06 nov. 2020 18:34
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2565

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