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Laboratoire d’analyse et d’architecture des systèmes

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158documents trouvés

17089
22/05/2017

Effect of growth-induced X-ray exposure on the transport, magnetotransport and luminescence properties of OLEDs

R.MONFLIER, F.SEKLI, L.SALVAGNAC, I.SEGUY, E.BEDEL-PEREIRA, J.F.BOBO

MPN, MICA, TEAM, CEMES/CNRS

Manifestation avec acte : E-MRS Spring Meeting 2017 du 22 mai au 26 mai 2017, Strasbourg (France), Mai 2017, 1p. , N° 17089

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139526
16445
26/11/2016

Développement de nano-systèmes à base de nanofils pour l'interfaçage neuronal

A.CASANOVA

MPN, MEMS

Doctorat : Université de Toulouse III - Paul Sabatier, Novembre 2016, 203p., Président: C.VILLARD, Rapporteurs: A.SOUIFI, C.PRINZ, Examinateurs: S.RENAUD, Directeurs de thèse: G.LARRIEU, L.NICU , N° 16445

Lien : https://hal.laas.fr/tel-01445826

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Abstract

Due to constant aging of world population, the struggle against neurodegenerative diseases is one of the major challenges in the near future and a better understanding of these pathologies goes through an improvement of basic mechanism knowledge involved in neuronal networks. In that scope, miniaturization of electronic components opens new perspectives for addressing such issues and holds great promise to improve the resolution levels. 1D-nanostructures such as NW-FET or NW-probes, offer real benefits thanks to their very small sections allowing to be less intrusive combined with their high surface-to-volume ratio leading to a higher affinity with cells. Here, we propose to co-integrate passive and active devices based on 1D nanostructures on the same platform (vertical NW probes and NW-FETs), to accurately compare advantages and drawbacks of each configuration regarding neuron electrical activity measurement. The two NW devices are fabricated with a large scale and cost effective top-down approach combining conventional lithography tools, plasma etching and sacrificial oxidation step to tune the nanostructure geometry. A core-shell-type device has been developed with a conductive part at the center, encapsulated by a conformal silicon oxide to insulate the probing nanostructures from liquid. In parallel, silicon NW-FETs are created with a planar NW channel (50 nm) connected by two highly doped low resistive regions. The device operation has been characterized in liquid environment (interface impedance of passive probes and pH sensing for transistors). Primary rat cortical neuronal cultures have been grown in-vitro with an unprecedented surface functionalization approach to precisely locate single neurons and guide the growth of their extensions. The approach allows the perfect location of somas on devices and the control of neurite growth at sub-micrometer scale. After 10 days-in-vitro, we detected for the first time spontaneous mammalian neuron action potentials using passive vertical NW-probes. Thereafter, several kinds of stimulation protocols have been implemented: (i) at the network level, with chemical stimulations such as KCl depolarization to mimic epileptic synchronization or with more refined stimulation (bicuculline). Local field potentials from few somas and action potentials from single neurons have been successfully recorded with a maximal signal-to-noise ratio of 10 for transistors compared to 40 for passive probes. (ii) At the cell level, where bi-directionality of passive probes have been used to locally trigger neuronal activity under electrical stimulation. Finally, multi-site recordings with vertical probes have been used to compare extra and intracellular probing.

Résumé

De par le vieillissement de la population mondiale, les maladies neurodégénératives touchent de plus en plus de personnes. Ces maladies, trouvant leur siège dans la plupart des cas au sein des neurones, restent mal comprises. Dans le but d’améliorer notre connaissance des dysfonctionnements causés lors de ce type d’agression, il est indispensable de raffiner notre analyse (neurones individuels). Les dispositifs à base de nanofils (nanosondes verticales ou transistors à NF) offrent une valeur ajoutée certaine concernant l'interfaçage de dispositifs nanoélectroniques avec les cellules vivantes. En effet, leurs sections sont beaucoup plus petites que les dimensions des cellules, les rendant peu intrusifs et leur grand rapport surface/volume permet une forte interaction NF-cellule. Dans ces travaux de thèse, nous proposons de co-intégrer ces deux types de capteurs passifs et actifs sur une même plateforme à l’aide d’un procédé basé sur une approche top-down, couplant des étapes de photolithographie conventionnelle et de gravure plasma. Afin de tirer parti de la dimension de ces capteurs, particulièrement adaptée à l’interfaçage de cellules individuelles, une approche innovante de fabrication de réseaux organisés de neurones par fonctionnalisation chimique de surface sera présentée. Basée sur l’auto-alignement de molécules d’adhésion grâce à un fort contraste hydrophile/hydrophobe de la surface de l’échantillon, elle permet de contrôler très précisément la localisation spatiale des somas et de guider la croissance des prolongements. De larges réseaux organisés de neurones ont ainsi pu être réalisés, avec un taux élevé de somas individuels (74% des sites occupés). La croissance des prolongements est également maîtrisée à l’échelle sub-micronique. Couplée aux dispositifs d’enregistrement présentés précédemment (nano-sondes passives et transistors à NF), cette maîtrise de la croissance des neurones ouvre de nombreuses perspectives pour le suivi multi-site de l’activité électrique au sein d’une culture neuronale. La chaîne d’acquisition nécessaire au transport de l’information enregistrée depuis le capteur (échelle nanométrique) jusqu’à la visualisation des signaux sera ensuite présentée. Des cultures de neurones ont été réalisées sur cette plateforme et une activité électrique spontanée (PAs et LFPs) a pu être enregistrée après 9DIV par les nanosondes passives. Ces résultats restent à ce jour, inédits avec de tels dispositifs passifs à nanofils sur des neurones de rongeurs. Plusieurs stimulations chimiques (dépolarisation KCl et potentialisation bicuculline) ont également été effectuées, permettant de valider le fonctionnement des transistors et de comparer les deux approches (passive et active). Le caractère multi-sites des enregistrements à l’aide des nanosondes a aussi été mis en évidence. Enfin, des stimulations électriques localisées à l’aide des nanosondes verticales ont été réalisées et des LFPs provenant de l’excitation des neurones voisins du capteur ont pu être enregistrés, démontrant ainsi la bidirectionnalité de l’interaction.

Mots-Clés / Keywords
Nanofils; Biocapteurs; Nano-sondes; Transistors; In-vitro; Cellules primaires; Nanowires; Biosensors; Neurons; Nano-probes; Primary cells;

138416
16442
15/11/2016

Conception et réalisation d'une nouvelle génération de ano-capteurs de gaz à base de nanofils semiconducteurs

B.DURAND

MICA, MPN

Doctorat : Université de Toulouse III - Paul Sabatier, 15 Novembre 2016, 206p., Président: P.AUSTIN, Rapporteurs: M.THCHERNYCHEVA, C.PIJOLAT, Examinateurs: Y.COOINIER, Directeurs de thèse: P.MENINI, G.LARRIEU , N° 16442

Lien : https://hal.laas.fr/tel-01417316

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Abstract

In recent years, efforts of research and development for gas sensors converged to use nanomaterials to optimize performance. This new generation promises many advantages especially in miniaturization and reduction of energy consumption. Furthermore, the gas detection parameters (sensitivity, detection limit, response time ...) are improved due to the high surface/volume ratio of the sensitive part. Thus, this sensors can be integrated in ultrasensitive detection systems, autonomous, compact and transportable. In this thesis, we propose to use 3D semiconductor nanowires networks to create highly sensitive and selective gas sensors. The objective of this work is to provide a highly sensitive sensor, featuring a low detection limit (in the ppb range) and embeddable in CMOS devices. In addition process is generic and adaptable to many types of materials to discriminate several gas and converge to electronic nose. The first part of the dissertation is based on development of a large scale, reproducible, compatible with Si processing industry and conventional tools (CMOS), to obtain a sensor based on a 3D nanowire architecture. The device is composed by two symmetrical aluminum contacts at each extremity of the nanowires, including a top contact done by air bridge approach. The second part of this work presents the gas performances of components and working mechanisms associated. A very high response (30%) is obtained at 50 ppb of NO2, compare to the state of the art, 25% reached for 200 ppb. This approach can measure selectively very low concentrations of gas (<1 ppb) in real working conditions: moisture (tested up to 70% moisture) and mixing with other more concentrated gas (interfering gas). In addition, the reversibility of the sensor is natural and occurs at room temperature without requiring specific conditions.

Résumé

Au cours des dernières années, les efforts de recherche et de développement pour les capteurs de gaz se sont orientés vers l’intégration de nanomatériaux afin d’améliorer les performances des dispositifs. Ces nouvelles générations promettent de nombreux avantages notamment en matière de miniaturisation et de réduction de la consommation énergétique. Par ailleurs, la détection sous gaz (sensibilité, seuil de détection, temps de réponse, …) s’en retrouve améliorée à cause de l’augmentation du ratio surface/volume de la partie sensible. Ainsi, de tels capteurs peuvent être intégrés dans des systèmes de détections ultrasensibles, autonomes, compactes et transportables. Dans cette thèse, nous proposons d'utiliser des réseaux verticaux de nanofils semi-conducteurs pour créer des dispositifs de détection de gaz hautement sensibles, sélectifs, avec une faible limite de détection (de l’ordre du ppb) et intégrable dans des technologies CMOS, tout en étant générique et adaptable à plusieurs types de matériaux afin de discriminer plusieurs gaz. Une première partie expose la mise au point d’un procédé grande échelle, reproductible, compatible avec l’industrie actuelle des semi-conducteurs (CMOS), pour obtenir un capteur basé sur une architecture 3D à nanofils. Le dispositif est composé de deux contacts symétriques en aluminium à chaque extrémité des nanofils, dont l’un est obtenu par l’approche dite du « pont à air », permettant la définition d’un contact tridimensionnel au sommet du nanofil. La seconde partie présente les performances sous gaz des dispositifs développés et les mécanismes de fonctionnement. Le capteur démontre des performances record en matière de détection du dioxyde d’azote (30% à 50 ppb) en comparaison à l’état de l’art (25% à 200 ppb). De plus, cette approche permet de mesurer de très faibles concentrations de ce gaz (< 1 ppb) de manière sélective, dans des conditions proches des conditions réelles : humidité (testé jusqu’à 70% d’humidité) et mélange avec d’autres gaz plus concentrés et la réversibilité du capteur est naturelle et se fait à température ambiante sans nécessité des conditions particulières.

Mots-Clés / Keywords
Nanofils semiconducteurs; Capteur de gaz; Architecture 3D; CMOS; Détection de faibles concentrations (ppb); Dioxyde d’azote (NO2); Semiconductor nanowires; Gas sensors; 3D architecture; Low concentration detection (ppb); Nitrogen dioxide (NO2); Schottky contact;

138395
16199
09/10/2016

Defect investigation of excimer laser annealed silicon

R.MONFLIER, T.TABATA, F.CRISTIANO, I.TOQUE-TRESSONNE, F.MAZZAMUTO, J.ROUL, T.HUNGRIA, C.ROUTABOUL, E.BEDEL-PEREIRA

MPN, SCREEN-LASSE, I2C, LPCNO, LCC

Manifestation avec acte : IEEE Nanotechnology Materials and Devices Conference ( IEEE NMDC ) 2016 du 09 octobre au 12 octobre 2016, Toulouse (France), Octobre 2016, 2p. , N° 16199

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01343978

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Abstract

In this paper, we study the effect of excimer laser annealing on silicon and specifically the oxygen impurities induced versus laser energy density. We show that oxygen penetration from the native oxide occurs during laser annealing, which increases with increasing laser energy. At higher laser energies, oxygen precipitation occurs well below the surface, which is confirmed both by SIMS and optical spectroscopy analyses. The precipitates do not affect the dopant activation in the epitaxial layer.

138175
16434
09/10/2016

Organic photodiode for detection of herbicides in water using microalgal photosynthesis

V.VENTALON, F.SEKLI, R.IZQUIERDO, P.JUNEAU, A.TTSOPELA, J.LAUNAY, V.BARDINAL, P.TEMPLE BOYER, L.SALVAGNAC, I.SEGUY, E.BEDEL-PEREIRA

MICA, UQAM, TEAM, MPN

Manifestation avec acte : IEEE Nanotechnology Materials and Devices Conference ( IEEE NMDC ) 2016 du 09 octobre au 12 octobre 2016, Toulouse (France), Octobre 2016, 2p. , N° 16434

Lien : https://hal.laas.fr/hal-01394634

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Abstract

The growing interest for monitoring the quality of water has triggered the need of fast, portable and cheap detection systems. To answer this problematic, we developed a lab on a chip for herbicide detection based on micro algal photosynthesis. A blue organic light-emitting diode is used as the excitation source while the resulting algae luminescence is monitored using an organic photodiode (OPD). During the OPD optimization process, a correlation between fullerene acceptor concentration and dark current was supposed. Using a blend of DTS(PTTh2)2:PC60BM without interfacial layers result in dark current lower than 10-6 mA/cm2 at-2 V and EQE higher than 50% in the region of interest.

138347
16197
09/10/2016

Combined theoretical and experimental studies of P3HT and PTB7 polymers for organic photodiodes

L.FAROUIL, F.ALARY, E.BEDEL-PEREIRA, I.SEGUY, J.ROUL, C.ROUTABOUL, V.SHALABAEVA, G.MOLNAR, J.L.HEULLY

MPN, LCPQ-IRSAMC, MICA, I2C, LCC

Manifestation avec acte : IEEE Nanotechnology Materials and Devices Conference ( IEEE NMDC ) 2016 du 09 octobre au 12 octobre 2016, Toulouse (France), Octobre 2016, 2p. , N° 16197

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01343979

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Abstract

The polymer PTB7 is used in a fluorescence detection system for fabricating a bulk heterojunction (BHJ) organic photodiode as a photodetector. It is chosen and studied theoretically because of its suitable absorption bandwidth and electron donor efficiency when associated with PCBM in BHJ. However, in order to be sure of our theoretical prediction, we validated our method on the well-known P3HT. This is done by investigating experimentally and theoretically the UV-vis, Raman and photoluminescence (PL) spectra. As our experimental and theoretical results are in perfect agreement, we are confident on the photophysical properties of PTB7 predicted by our method.

138176
16494
09/10/2016

Fabrication of GaAs nanowires and GaAs-Si axial heterostructure nanowires on Si (100) substrate for new applications

A.LECESTRE, N.MALLET, M.MARTIN, T.BARON, G.LARRIEU

TEAM, MPN, LTM

Manifestation avec acte : IEEE Nanotechnology Materials and Devices Conference ( IEEE NMDC ) 2016 du 09 octobre au 12 octobre 2016, Toulouse (France), Octobre 2016, 2p. , N° 16494

Lien : https://hal.laas.fr/hal-01415380

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Abstract

The integration of III-V semiconductor nanowires on Si for nanoelectronics or nanophotonics devices is still a challenge. The monolithic integration of GaAs nanowires on silicon (100) by top-down approach enables new possibilities for the design and devices fabrication. We demonstrate the fabrication of GaAs-Si(100) nanowires array by plasma etching.

138678
16153
04/09/2016

On the structural and optical properties of GaAsBi quantum wells and thin layers grown on GaAs by molecular beam epitaxy

A.ARNOULT, S.AZAIZIA, A.BALOCCHI, D.LAGARDE, C.GATEL, A.PONCHET, T.HUNGRIA, F.CRISTIANO, X.MARIE, H.CARRERE, C.FONTAINE

TEAM, LPCNO, CEMES/CNRS, MPN, PHOTO

Manifestation avec acte : International Conference on Molecular Beam Epitaxy ( MBE ) 2016 du 04 septembre au 09 septembre 2016, Montpellier (France), Septembre 2016, 2p. , N° 16153

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Abstract

GaAsBi quantum wells and thin layers with various compositions up to 5.4% and 7.5% have been grown by molecular beam epitaxy. We present an overview of the results we have obtained on these dilute bismide alloys. They have been characterized by HR‐X ray diffraction, secondary ion mass spectrometry, transmission microscopy, and time‐resolved photoluminescence. We will discuss their growth conditions, structural properties (composition and its homogeneity, strain, defects) and their optical properties showing the presence of localized states which effet can be decreased by rapid thermal annealing.

Abstract

GaAsBi quantum wells and thin layers with various compositions up to 5.4% and 7.5% have been grown by molecular beam epitaxy. We present an overview of the results we have obtained on these dilute bismide alloys. They have been characterized by HR-X ray diffraction, secondary ion mass spectrometry, transmission microscopy, and time-resolved photoluminescence. We will discuss their growth conditions, structural properties (composition and its homogeneity, strain, defects) and their optical properties showing the presence of localized states which effet can be decreased by rapid thermal annealing.

137454
16179
30/05/2016

Gravure de nanofils GaAs sur substrat Si(100) pour l'intégration de nano-transistors 3D

A.LECESTRE, P.DUBREUIL, N.MALLET, F.CARCENAC, R.CIPRO, T.BARON, G.LARRIEU

TEAM, MPN, LTM

Manifestation avec acte : Journées Nano, Micro et Optoélectronique ( JNMO ) 2016 du 30 mai au 01 juin 2016, Les Issambres (France), Mai 2016, 1p. , N° 16179

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01330934

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Résumé

Les nanofils (NFs) III-V suscitent un intérêt particulier de par leur fort potentiel dans des domaines variés tels que la nanoélectronique, la nanophotonique ou les capteurs biologiques. Afin de favoriser son intégration grande échelle, de nombreux travaux ont démontré des synthèses de nanofils III-V sur silicium par croissance catalytique de type Vapeur Liquide Solide (VLS). Néanmoins ces approches sont toujours confrontées à des problèmes de reproductibilités (rendement de fils dans la même direction verticale, dispersion de diamètres..) et de miniaturisations (diamètre de NFs et espacement inter fils). De plus, elles utilisent des substrats de silicium à direction cristalline particulière, Si(111). Dans ce papier, nous présenterons une approche alternative, utilisant un procédé « top-down » pour fabriquer des réseaux de nanofils verticaux en GaAs sur un substrat Si (100).

137063
16002
01/05/2016

Development of a lab-on-chip electrochemical biosensor for water quality analysis based on microalgal photosynthesis

A.TTSOPELA, A.LABORDE, L.SALVAGNAC, V.VENTALON, E.BEDEL-PEREIRA, I.SEGUY, P.TEMPLE BOYER, P.JUNEAU, R.IZQUIERDO, J.LAUNAY

MICA, TEAM, MPN, UQAM

Revue Scientifique : Biosensors and Bioelectronics, Vol.79, pp.568-573, Mai 2016 , N° 16002

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01503060

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Abstract

The present work was dedicated to the development of a lab-on-chip device for water toxicity analysis and more particularly herbicide detection in water. It consists in a portable system for on-site detection composed of three-electrode electrochemical microcells, integrated on a fluidic platform constructed on a glass substrate. The final goal is to yield a system that gives the possibility of conducting double, complementary detection: electrochemical and optical and therefore all materials used for the fabrication of the lab-on-chip platform were selected in order to obtain a device compatible with optical technology. The basic detection principle consisted in electrochemically monitoring disturbances in metabolic photosynthetic activities of algae induced by the presence of Diuron herbicide. Algal response, evaluated through oxygen (O2) monitoring through photosynthesis was different for each herbicide concentration in the examined sample. A concentration-dependent inhibition effect of the herbicide on photosynthesis was demonstrated. Herbicide detection was achieved through a range (blank – 1 µM Diuron herbicide solution) covering the limit of maximum acceptable concentration imposed by Canadian government (0.64 µM), using a halogen white light source for the stimulation of algal photosynthetic apparatus. Superior sensitivity results (limit of detection of around 0.1 µM) were obtained with an organic light emitting diode (OLED), having an emission spectrum adapted to algal absorption spectrum and assembled on the final system.

135986
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