Microcavités à modes de galerie en polymère pour la détection de gaz

L'objectif principal de ce projet de maîtrise est de faire la preuve de concept d'un senseur de gaz à partir de cavités à modes de galerie en polymère. Il est considéré possible d'exploiter les propriétés absorbantes d'un polymère afin d'atteindre des sensibilités élevées pour un senseur optique microfabriqué. Le principe de détection utilisé avec ces microstructures se base sur le décalage des résonances causé par une variation du parcours optique dans la cavité. Cette variation peut être générée par la combinaison d'une variation de la l'indice de réfraction et d'une variation de la géométrie du résonateur. La configuration proposée est un microrésonateur en disque sur pilier de silicium de sorte que le polymère puisse se dilater plus facilement que dans les cavités Fabry-Pérot développées au laboratoire. Dans le cas des Fabry-Pérot, le polymère est restreint dans sa dilatation par les miroirs de silicium. Le SU-8 a été choisi comme polymère pour former le microdisque pour cette étude en raison de ses excellentes propriétés optiques et des récents travaux démontrant son utilisation pour la détection de gaz. De plus, puisqu'il s'agit d'une photorésine, le procédé de microfabrication est simplifié à une étape de photolithographie puis une gravure isotrope du silicium. Il a ainsi été possible de produire des microcavités en SU-8 pouvant atteindre un facteur de qualité de 1.58 × 105 pour une résonance se situant près de 1577nm. Les cavités ont été caractérisées pour déterminer les paramètres géométriques pouvant influencer la sensibilité à la concentration d'un gaz. Une étude effectuée sur des cavités avec des géométries différentes a permis de déterminer que le rapport de la sous-gravure du résonateur sur son rayon avait une influence sur sa sensibilité. La sensibilité en température et le temps de réponse ont également été étudiés. La sensibilité des cavités en SU-8 a, par la suite, été évaluée pour une variété de composés sous phase vapeur dont l'eau, l'isopropanol, le toluène, le limonène, le 1-butanol et l'acide pentanoïque. La limite de détection a également été calculée pour ces six composés. L'acide pentanoïque a ainsi une sensibilité d'environ 23pm/ppm et une limite de détection de 0.6 ppm comparé à l'isopropanol qui a une sensibilité de 0.07pm/ppm et une limite de détection de 64 ppm pour des modes de résonances se situant entre 1500 et 1600nm.