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Laboratoire d’analyse et d’architecture des systèmes
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17689
22/01/2019

Ionic Electrochemical Actuators

A.MAZIZ, A.SIMAITE, C.BERGAUD

MEMS

Ouvrage (contribution) : Polymerized Ionic Liquids, Royal Society of Chemistry, N°ISBN 978-1-78262-960-3, Janvier 2019, Chapter 16, pp.456-488 , N° 17689

Lien : https://hal.laas.fr/hal-01976995

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Abstract

Ionic electroactive polymer (iEAP) actuators with ionic liquid (IL) electrolytes are distinguished by their ability to operate in ambient air with an enhanced lifetime. This chapter reports the developments in iEAP actuator technologies for several applications, with a particular focus on the use of conducting polymers (CPs). CPs have attracted attention because of their promising electronic, optical and electromechanical properties. These smart materials are characterized by their possible dimensional changes due to the migration or diffusion of ions upon electrochemical oxidation or reduction processes. In an adequate ionic conducting medium, CPs can be used as the active component in actuators and lead to interesting potential applications, including soft robotics, prosthetic devices, microsystems and medical devices. This chapter starts with an overview of existing iEAP actuators. CP actuation mechanisms and configurations are explained in detail, and existing and potential applications are discussed, emphasizing the benefits of using ionic liquids (high ionic conductivity, non-volatility, larger electrochemical window and biocompatibility). Finally, to conclude, the future developments and challenges in this area are discussed.

146155
18570
10/12/2018

Caractérisation de techniques d’implantation ionique alternatives pour l’optimisation du module source-drain de la technologie FDSOI 28 nm

R.DAUBRIAC

MPN

Doctorat : INSA de Toulouse, 10 Décembre 2018, 241p., Président: J.GRISOLIA, Rapporteurs: C.MANEUX, D.TSOUKALAS, Examinateurs: S.JOBLOT, D.RIDEAU, P.BATUDE, Directeurs de thèse: F.CRISTIANO, G.LARRIEU , N° 18570

Lien : https://hal.laas.fr/tel-02053232

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Abstract

During the past few decades, the emergence of new architectures (FDSOI, FinFETs or NW-FETs) and the use of new materials (like silicon/germanium alloys) allowed to go further in MOS devices scaling by solving short channel effect issues. However, new architectures suffer from contact resistance degradation with size reduction. This resistance strongly depends on two parameters: the active dopant concentration close to the semi-conductor surface and the Schottky barrier height of the silicide contact. Many solutions have been proposed to improve both of these physical parameters: pre-amorphisation, laser annealing, dopant segregation and others. In order to optimize the experimental conditions of these fabrication techniques, it is mandatory to measure precisely and reliably their impact on cited parameters. Within the scope of this thesis, two parts are dedicated to each lever of the contact resistance, each time precising the developed characterization method and concrete application studies. The first part concerns the study of the active dopant concentration close to the semi-conductor surface. In this axis, we developed a Differential Hall Effet method (DHE) which can provide accurate depth profiles of active dopant concentration combining successive etching processes and conventional Hall Effect measurements. To do so, we validated layer chemical etching and precise electrical characterization method for doped Si and SiGe. Obtained generated profiles have a sub-1nm resolution and allowed to scan the first few nanometers of layers fabricated by advanced ion implantation and annealing techniques, like solid-phase epitaxy regrowth activated by laser annealing. In the second part, we focused on the measurement of Schottky barrier height of platinum silicide contact. We transferred a characterization method based on back-to-back diodes structure to measure platinum silicide contacts with different dopant segregation conditions. The electrical measurements were then fitted with physical models to extract Schottky barrier height with a precision of about 10meV. This combination between measurements and simulations allowed to point out the best ion implantation and annealing conditions for Schottky barrier height reduction. To conclude, thanks to this project, we developed highly sensitive characterization methods for nanoelectronics application. Moreover, we brought several clarifications on the impact of alternative ion implantation and annealing processes on Si and SiGe ultra-thin layers in the perspective of contact resistance reduction in FDSOI source-drain module.

Résumé

Durant ces dernières années, l’apparition de nouvelles architectures (FDSOI, FinFETs ou NW-FETs) et l’utilisation de nouveaux matériaux (notamment SiGe) ont permis de repousser les limites des performances des dispositifs MOS et de contourner l’effet canal court inhérent à la miniaturisation des composants. Cependant, pour toutes ces nouvelles architectures, la résistance de contact se dégrade au fil des noeuds technologiques. Celle-ci dépend fortement de deux paramètres physiques : la concentration de dopants actifs proches de la surface du semiconducteur et de la hauteur de barrière Schottky du contact siliciuré. De multiples procédés avancés ont été proposé pour améliorer ces deux paramètres physiques (pré-amorphisation, recuit laser, ségrégation de dopants, etc…). Afin d’optimiser les conditions expérimentales de ces nouvelles techniques de fabrication, il est primordial de pouvoir caractériser avec fiabilité leur impact sur les deux grandeurs physiques citées. Dans le cadre de cette thèse, deux thématiques dédiées à l’étude de chacun des paramètres sont abordées, explicitant les méthodes de caractérisation développées ainsi que des exemples concrets d’applications. La première partie concerne l’étude de la concentration de dopants actifs proches de la surface du semiconducteur. Dans cet axe, nous avons mis en place une méthode d’Effet Hall Différentiel (DHE). Cette technique combine gravures successives et mesures par effet Hall conventionnel afin d’obtenir le profil de concentration de dopants actifs en fonction de la profondeur. Nous avons développé et validé une méthode de gravure chimique et de mesure électrique pour des couches ultra-minces de SiGe et de Si dopées. Les profils de concentration générés ont une résolution en profondeur inférieure à 1 nm et ont permis d’étudier de façon approfondie dans les premiers nanomètres proches de la surface de couches fabriquées grâce à des techniques d’implantation et de recuit avancées comme par exemple, la croissance en phase solide activée par recuit laser. La deuxième partie porte sur la mesure de hauteurs de barrière Schottky pour des contacts siliciurés. Durant cette étude, nous avons transféré une technique se basant sur des diodes en tête bêche pour caractériser l’impact de la ségrégation de différentes espèces à l’interface siliciure/semi-conducteur sur la hauteur de barrière Schottky d’un contact en siliciure de platine. Cette méthode de mesure associée à des simulations physiques a permis d’une part, d’extrairer avec fiabilité des hauteurs de barrières avec une précision de 10meV et d’autre part, d’effectuer une sélection des meilleures conditions de ségrégation de dopants pour la réduction de la hauteur de barrière Schottky. Pour conclure, ce projet a rendu possible le développement de méthodes de caractérisation pour l’étude de matériaux utilisés en nanoélectronique. De plus, nous avons pu apporter des éclaircissements concernant l’impact de techniques d’implantation ionique alternatives sur des couches de Si et SiGe ultrafines, et ce, dans le but de réduire la résistance de contact entre siliciure et semi-conducteur dans le module source-drain de transistors ultimes

146654
18463
05/12/2018

Comprehensive optical losses investigation of VLSI Silicon optomechanical ring resonator sensors

L.SCHWAB, P.ALLAIN, L.BANNIARD, A.FAFIN, M.GELY, O.LEMONNIER, P.GROSSE, M.HERMOUET, S.HENTZ, I.FAVERO, B.LEGRAND, G.JOURDAN

MEMS, MPQ, CEA-LETI

Manifestation avec acte : International Electron Devices Meeting ( IEDM ) 2018 du 01 décembre au 05 décembre 2018, San Francisco (USA), Décembre 2018 , N° 18463

Lien : https://hal.laas.fr/hal-01963015

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Abstract

Cavity optomechanics devices are leading edge candidates for a new generation of sensors both in the quantum and classical realms. Several single devices have been demonstrated in numerous labs, however large-scale integration capability necessary for industrial deployment is still an issue. In this paper, we present very-large-scale integrated (VLSI) optomechanical sensors fabricated from standard 200 mm Silicon-On-Insulator (SOI) wafers. Optical properties over a statistically significant sample size have been systematically investigated and show an excellent modeling to experiment agreement, a coupling parameter dispersion of 7% and a manufacturing yield larger than 98%. Controlled versatile sensors, such as these, could easily be embedded in any chip where mass or force sensing is needed.

145933
18624
01/12/2018

Modelling the electrical behaviour of carbon/epoxy composites and monitoring changes in their microstructure during oven and autoclave curing using electrical impedancemetry

M.MOUNKAILA, S.SASSI, A.HAMADI, P.MARGUERES, P.OLIVIER, C.ESCRIBA, T.CAMPS

MICA, ICA, EXT, S4M

Revue Scientifique : Smart Materials and Structures, Décembre 2018 , N° 18624

Lien : https://hal-mines-albi.archives-ouvertes.fr/hal-01827391

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Abstract

Developing technical means in the aim to monitoring the state and the microstructural changes in high performances composite parts during their manufacturing has aroused the interest of several researchers and companies. Here it is proposed to use the composite laminated part itself as a sensor of the changes occurring in its own microstructure during curing owing to electrical impedancemetry. A new and detailed modelling of 3D electrical behaviour of unidirectional (U.D.) carbon/epoxy composite is settled considering inter-plies and intra-plies conduction. Electrical impedance (Z) measurement performed on composites laminates during their curing enabled a full characterisation of a U.D. single ply as well as an 8 plies laminate. Changes recorded in Z are next successfully correlated to composite thermoset matrix viscosity, gelation and vitrification showing thus the power of impedancemetry.

147155
18634
01/12/2018

A conserved fungal hub protein involved in adhesion and drug resistance in the human pathogen Candida albicans

H.MARTIN YKEN, T.BEDEKOVIC, A.C.BRAND, M.L.RICHARD, S.ZNAIDI, C.D'ENFERT, E.DAGUE

Institut Pasteur, Pa, ELIA, LISBP, Aberdeen, INRA Jouy

Revue Scientifique : The Cell Surface, Vol.4, pp.10-19, Décembre 2018 , N° 18634

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-02091662

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Abstract

Drug resistance and cellular adhesion are two key elements of both dissemination and prevalence of the human fungal pathogen Candida albicans. Smi1 belongs to a family of hub proteins conserved among the fungal kingdom whose functions in cellular signaling affect morphogenesis, cell wall synthesis and stress resistance. The data presented here indicate that C. albicans SMI1 is a functional homolog of Saccharomyces cerevisiae KNR4 and is involved in the regulation of cell wall synthesis. Expression of SMI1 in S. cerevisiae knr4Δ null mutants rescued their sensitivity to caspofungin and to heat stress. Deletion of SMI1 in C. albicans resulted in sensitivity to the cell-wall-perturbing compounds Calcofluor White and Caspofungin. Analysis of wild-type and mutant cells by Atomic Force Microscopy showed that the Young’s Modulus (stiffness) of the cell wall was reduced by 85% upon deletion of SMI1, while cell surface adhesion measured by Force Spectroscopy showed that the surface expression of adhesive molecules was also reduced in the mutant. Over-expression of SMI1, on the contrary, increased cell surface adhesion by 6-fold vs the control strain. Finally, Smi1-GFP localized as cytoplasmic patches and concentrated spots at the sites of new cell wall synthesis including the tips of growing hyphae, consistent with a role in cell wall regulation. Thus, Smi1 function appears to be conserved across fungi, including the yeast S. cerevisiae, the yeast and hyphal forms of C. albicans and the filamentous fungus Neurospora crassa.

147233
18626
01/12/2018

Femmes en Sciences #3

A.BROCK, A.CERF

ENAC, ELIA

Rapport LAAS N°18626, Décembre 2018

Lien : https://hal-enac.archives-ouvertes.fr/hal-02080446

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147174
18560
01/12/2018

Insight of surface treatments for CMOS compatibility of InAs nanowires

D.DHUNGANA, A.HEMERYCK, N.SARTORI, P.F.FAZZINI, F.CRISTIANO, S.PLISSARD

MPN, M3, EXT, LPCNO

Revue Scientifique : Nano Research, Décembre 2018 , N° 18560

Lien : https://hal.laas.fr/hal-02017661

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Abstract

A CMOS compatible process is presented in order to grow self-catalyzed InAs nanowires on silicon by molecular beam epitaxy. The crucial step of this process is a new in-situ surface preparation under hydrogen (gas or plasma) during the substrate degassing combined with an in-situ arsenic annealing prior to growth. Morphological and structural characterizations of the InAs nanowires are presented and growth mechanisms are discussed in detail. The major influence of surface termination is exposed both experimentally and theoretically using statistics on ensemble of nanowires and density functional theory (DFT) calculations. The differences observed between Molecular Beam Epitaxy (MBE) and Metal Organic Vapor Phase Epitaxy (MOVPE) growth of InAs nanowires can be explained by these different surfaces terminations. The transition between a vapor solid (VS) and a vapor liquid solid (VLS) growth mechanism is presented. Optimized growth conditions lead to very high aspect ratio nanowires (up to 50 nm in diameter and 3 micron in length) without passing the 410 °C thermal limit, which makes the whole process CMOS compatible. Overall, our results suggest a new method for surface preparation and a possible tuning of the growth mechanism using different surface terminations.

146573
18593
20/11/2018

Etudes théorique et expérimentale de semi-conducteurs organiques pour l'élaboration d'un biocapteur destiné à la détection de la pollution de l'eau

L.FAROUIL

MPN

Doctorat : Université de Toulouse III - Paul Sabatier, 20 Novembre 2018, 244p., Président: K.MOINEAU CHANE CHING, Rapporteurs: L.HIRSCH, Y.CARISSAN, Examinateurs: C.DURRIEU, J.GROENEN , Directeurs de thèse: F.ALARY, E.BEDEL PEREIRA , N° 18593

Lien : https://hal.laas.fr/tel-02072729

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Abstract

The aim of this thesis is to develop an organic photodiode (OPD) designed to be integrated into a biosensor. It is part of the broader framework of studying and improving organic components involved into devices devoted to water pollution monitoring. The need for such portable, fast-response, low-cost microsystems is of great interest. The measurement is based on the fluorescence detection of micro-algae under toxic substances exposure. The excited algae, under a blue light emitting diode (LED), will emit a fluorescence signal whose intensity, modified because of pollutant exposure (Diuron), is detected by the OPD. Since the fluorescence signal is very weak, the ideal OPD must have a low dark current and a high sensitivity. To achieve this performance, a judicious choice of organic semiconductor materials (OSC) used for the OPD is required. In addition, it is interesting to investigate their physico-chemical properties by rationalizing the mechanisms involved in the active layer (photon absorption phenomena, charge transport mechanisms, and losses associated with charge recombinations). This thesis is based on two axes. The first one consists in a theoretical study of the charge exchanges at a nanoscale. This have been done by both optical characterizations and quantum chemistry calculations based on DFT and TD-DFT methods. Calculations were performed on a model system (P3HT) thus providing the basis for a very promising computational protocol for studying the properties of materials of interest, for instance PTB7. The second axis concerns the experimental study of the OPD based on PTB7:PC60BM. We have developed, characterized and optimized an OPD guarantying the detection of algal fluorescence without and with Diuron at about nanomolar concentrations.

Résumé

L'objectif de ce travail de thèse est l'élaboration d'une photodiode organique (OPD) destinée à être intégrée dans un biocapteur. Ce travail s'inscrit dans le cadre plus général de l'étude et de l'amélioration de composants organiques impliqués dans des microsystèmes de détection visant à surveiller la pollution de l'eau. Le besoin dévaluation et de suivi de la qualité de l'eau suscite un grand intérêt pour des systèmes de détection portables de polluants ayant une réponse rapide et de faible coût. Le principe de la mesure repose sur la détection des variations de fluorescence de micro-algues en présence de substances toxiques. Excitées grâce à une diode électroluminescente (LED) bleue, les algues vont émettre un signal de fluorescence dont l'intensité, modifiée en présence de polluant (Diuron), est détectée par lOPD optimisée. Le signal de fluorescence à détecter étant très faible, l'OPD idéale doit avoir un faible courant d'obscurité et une grande sensibilité. Cela passe par un choix judicieux des matériaux semi-conducteurs organiques (OSC) entrant dans l'élaboration de la couche active du composant. Pour accompagner le choix des matériaux, il est intéressant d’explorer leurs propriétés physico-chimiques tout en essayant de rationaliser les mécanismes mis en jeu au sein de ces matériaux lorsqu'ils sont utilisés dans l'élaboration d'OPD (phénomènes d'absorption de photons, mécanismes de transport de charges, et pertes associées aux recombinaisons de charges). Cette thèse s'articule autour de deux axes. Le premier axe consiste en une étude théorique qui vise à comprendre et à maitriser l'échange des charges à l'échelle nanométrique par des caractérisations optiques et des calculs de chimie quantique basés sur des méthodes DFT et TD-DFT. L'étude sur un système modèle (le P3HT) a permis d'établir un protocole de calcul très prometteur pour l'étude des propriétés de matériau d'intérêt, en particulier le PTB7. Le second axe est un volet à caractère expérimental. L'élaboration, la caractérisation et l'optimisation d'OPD à base de PTB7 : PC60BM a permis de concevoir un biocapteur algal apte à détecter le Diuron à des concentrations de l'ordre du nanomolaire.

Mots-Clés / Keywords
Photodiode organique; P3HT; PTB7; DFT; TD-DFT; Fluorescence algale; Pesticides; Organic photodiode; algaL fluorescence; Pesticide;

146853
18342
09/11/2018

Optomechanical Resonating Probe for Very High Speed Sensing of Atomic Forces

P.ALLAIN, L.SCHWAB, C.MISNER, M.GELY, E.MAIRIAUX, M.HERMOUET, B.WALTER, G.LEO, S.HENTZ, M.FAUCHER, G.JOURDAN, B.LEGRAND, I.FAVERO

MPQ, MEMS, IEMN, CEA-LETI, VMICRO Sas, Paris Diderot, IEMN Villeneuve

Rapport LAAS N°18342, Novembre 2018, 14p.

Lien : https://hal.laas.fr/hal-01908683

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Abstract

Atomic force spectroscopy and microscopy (AFM) are invaluable tools to characterize nanostructures and biological systems . Most experiments, including state -­‐ of -­‐ the -­‐ art images of molecular bonds, are achieved by driving probe s at their mechanical resonance . This resonance reaches the MHz for the fastest AFM micro -­‐ cantilevers , with typical motion amplitude of a few nanomet re s . Next -­‐ generation investigation s of molecular scale dynamics, including faster force imaging and high er -­‐ resolution spectroscopy of dissipative interactions, require more bandwidth and vibration amplitude s below in t er atomic distance , for non -­‐ pertu r bative short -­‐ range tip -­‐ matter interactions . Probe frequency is a key parameter to improve bandwidth while reducing Brownian motion , allowing large signal -­‐ to -­‐ noise for exquisite resolution . O ptomechanical resonators reach motion detection at 10 -­‐ 18 m.Hz -­‐ 1/2 , while coupling light to bulk vibration modes whose frequencies largely surpass those of cantilevers . Here we introduce a n optically operated resonating optomechanical atomic force probe of frequency 2 decades above the fastest functional AFM cantilevers while Brownian motion is 4 orders below. B ased on a Silicon -­‐ On -­‐ Insulator technology, the probe demonstrates high -­‐ speed sensing of contact and non -­‐ contact interactions with sub -­‐ picomet r e driven motion, breaking open current locks for faster and finer atomic force spectroscopy .

145036
18430
06/11/2018

Isolement de biomarqueurs cellulaires et moléculaires en oncologie et développement d'approches bas-coût pour leur analyse en routine clinique

A.ESTEVE

ELIA

Doctorat : INSA de Toulouse, 6 Novembre 2018, Président: C.VIEU, Rapporteurs: T.LEBLOIS, F.BERGER, Examinateurs: A.PRADINES, P.SAINTIGNY, Directeurs de thèse: A.CERF , N° 18430

Lien : https://hal.laas.fr/tel-02137643

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Résumé

Le cancer est une pathologie complexe, qui se décline en une multitude de sous-types, faisant de chaque patient atteint de cancer, un cas clinique unique. La médecine de précision ou médecine personnalisée a pour objectif de proposer au patient un traitement et un suivi thérapeutique adaptés aux caractéristiques biologiques de la tumeur qui l’affecte. L’analyse de certains facteurs immunologiques et du profil moléculaire de la tumeur sont couramment effectués sur des prélèvements tissulaires, ou biopsies solides, permettant aux cliniciens d’obtenir des informations sur les spécificités de la tumeur mais aussi sur le microenvironnement dans lequel elle se développe, pour choisir la thérapie la plus adaptée. Une approche médicale moins invasive appelée « biopsie liquide », suscitant de plus en plus d’intérêt au sein de la communauté scientifique, pourrait permettre d’obtenir des informations plus précises avec un échant! illonnage plus répété, à partir de biomarqueurs tumoraux ou issus de la tumeur circulant dans les fluides corporels. Ces biomarqueurs peuvent être de différentes natures, comme les cellules tumorales circulantes (CTCs), des cellules s’étant détachées de la tumeur pour rejoindre la circulation sanguine, l’ADN tumoral circulant (ADNtc), des fragments d’ADN libérés par la tumeur, ou les exosomes, des vésicules produites principalement par des cellules de la tumeur contenant des protéines et de l’ADN tumoral. La détection et l’analyse de ces biomarqueurs en routine clinique pourraient permettre le suivi en temps réel de l’efficacité des thérapies pour améliorer la prise en charge des patients, un pas de plus vers une médecine personnalisée. L’objectif de ce travail a été de développer de nouveaux micro-dispositifs pour la capture de cellules tumorales circulantes, ainsi que d’explorer un ensemble de techniques pour faciliter leur analyse a! ux niveaux cellulaire et moléculaire, en vue d’une utilisat! ion en routine clinique. Dans un premier temps, une approche innovante de capture des CTCs in vivo, exploitant leurs propriétés physiques spécifiques a été envisagée. La capture directement au sein de la circulation sanguine du patient, pourrait permettre de sonder un volume plus important et ainsi isoler un plus grand nombre de CTCs en conditions natives ainsi que d’obtenir une meilleure représentation de leur diversité. Des techniques visant à simplifier et diminuer le coût des analyses, ont ensuite été explorées de manière à rendre la biopsie liquide utilisable en routine clinique. Parmi ces techniques, l’assemblage capillaire dirigé, utilisé pour étirer et immobiliser de façon organisée des biomolécules 1D, a également permis d’isoler des fragments d’ADN libre circulant, à partir d’échantillons de sang complet non traités. Dans le contexte de la médecine de précision, une autre approche peut être de tester les effets d’un certain ! nombre de médicaments sur les CTCs provenant du patient-même, de manière à personnaliser son traitement. Pour cela, après capture des CTCs, il peut être intéressant de les cultiver in vitro. C’est dans cette perspective que nous avons intégré les micro-dispositifs de capture à des plateformes qui permettraient la culture des cellules capturées directement in situ. Pour recréer un environnement propice à leur prolifération, la structuration de matériaux biocompatibles à base de nano-cristaux de cellulose favorisant l’adhésion des cellules a été investiguée. Nos résultats fournissent un ensemble de technologies qui pourraient contribuer à la démocratisation du concept de biopsie liquide en routine clinique.

Mots-Clés / Keywords
Microfabrication; Biomarqueurs; Oncologie;

145755
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