1. Contexte du sujet de stage

A l’heure actuelle, les biomatériaux sont de plus en plus pris en considération pour leur intégration dans des applications électroniques et biologiques en raison de leur faible empreinte écologique. En effet, ces matériaux ne requièrent pas d’étapes complexes de synthèse chimique et sont biocompatibles, biodégradables et/ou biorésorbables. La plupart de ces biomatériaux, comme les protéines du type albumine de l’œuf par exemple, ont déjà fait l’objet de nombreuses études dans le cadre de leurs applications dans l’industrie agroalimentaire. Cependant leur implémentation dans des composants électroniques performants soulève des enjeux technologiques encore peu explorés comme leur mise en forme en film d’épaisseur submicronique, leur structuration en 2D ou 3D ainsi que l’étude de leurs propriétés morphologiques optiques et électroniques.

2. Objectifs du stage

Le principal objectif de ce nouveau projet collaboratif est d’évaluer différents types de polymères et d’additifs naturels pour leur intégration dans des composants électroniques pouvant être utilisés comme dispositifs neuromorphiques, tels que les memristors ou les transistors à effet de champ, qui sont des briques élémentaires de l’électronique neuromorphique1 (dont le but est de simuler le fonctionnement synaptique du cerveau afin de développer de nouveaux types de mémoires). Par exemple, en ce qui concerne les memristors, la simplicité d’élaboration de ces dispositifs, constitués d’un substrat et de seulement un matériau actif électroniquement, fait de ces derniers les structures les plus pertinentes à étudier afin d’estimer les performances de ces biomatériaux notamment :

- l'incidence de l’intégration de ces molécules dans les dispositifs et ceux induits par les conditions de fonctionnement des composants (changement de morphologie et structure moléculaire avec le stress électrique, thermique, mécanique…),

- la stabilité et la fiabilité à long terme des matériaux élaborés ainsi que leur biodégradabilité : dégradation, contamination, phénomènes d'hydratation propres à certaines biomolécules,

- leurs propriétés électriques après leur incorporation dans les composants : courant de fuite, tension de claquage, spectroscopie d’impédance… en se conformant aux standards établis pour un type de dispositif donné comme cela est le cas pour les memristors.

Dans ce but, le stage consiste à étudier un matériau modèle, l’ovalbumine (albumine d’œuf, CAS 9006-59-1). Ce dernier sera dans un premier temps mis en œuvre sous forme de films minces submicroniques. Lors de cette étape, l’ajout de glycérol comme plastifiant naturel, sera également étudié2. Les films obtenus seront caractérisés en termes de morphologie (microscopie à force atomique, microscopie électronique à balayage…), de propriétés chimiques (FTIR...).

Enfin, les matériaux développés seront intégrés dans des structures de type « sandwich » entre deux électrodes métalliques afin de déterminer leurs propriétés électriques (courant de fuite, tension de claquage, spectroscopie diélectrique large bande) avant et après leur recuit thermique. Les  données de spectroscopie diélectrique seront centrales pour quantifier l’impact des plastifiants dans les mécanismes de polarisation et conduction des couches déposées. 

Dans cette perspective, l’étudiant(e) sera formé(e) à différentes techniques de dépôt (technologies salle blanche), de structuration 2D/3D (moulage, impression 3D) et de caractérisation physico-chimique, optique et électronique.

3. Encadrement et collaborations

Le stage se déroulera au sein des équipes de recherche Matériaux et Procédés pour la Nanoélectrique (MPN, K. Janzakova et I. Séguy) du LAAS-CNRS et Matériaux Diélectriques dans la Conversion de l’Energie (MDCE, L. Laudebat et Z. Valdez) du LAPLACE. Avec une forte implication du service Techniques et Équipements Appliqués aux Micro et nanotechnologies (TEAM) du LAAS-CNRS pour la formulation et la caractérisation physico-chimique du biomatériaux ainsi que des films élaborés (D. Ferri-Angulo).

4. Compétences requises

Le candidat(e) doit être sur le point d’obtenir un diplôme d’ingénieur ou master de recherche ou un diplôme universitaire équivalent à un master européen dans le domaine des sciences des matériaux, de l’ingénierie ou de la physique. Les connaissances ou les expériences passées en science des matériaux et en électronique seront appréciées. Un attrait pour l’expérimentation est également nécessaire.

Les candidat(e)s doivent fournir un curriculum vitae, une lettre de motivation, une copie du diplôme obtenu (c.-à-d. une lettre de certification du diplôme M1 et du diplôme antérieur) et des lettres de référence d’anciens superviseurs ou professeurs. Les candidatures dont le curriculum vitae n’est pas en adéquation avec les compétences requises et / ou avec une lettre de motivation sans rapport avec le sujet ne seront pas prises en compte.

Ref :

1. Paulin, J. V., & Bufon, C. C. (2024). Sustainable brain-inspired electronics: digging into natural biomaterials for healthcare applications. RSC Sustainability.
2. Rech, A., & Daugaard, A. E. (2024). Thermoprocessing Biopolymers and Bio-Waste-Based Materials. ACS Sustainable Resource Management, 2(1), 4-28.