In our aging population, arthritis is becoming an increasingly common problem. Pain, loss of joint function and other negative affects make arthritis a major health problem. The most common form of arthritis, osteoarthritis, is caused by the "wear and tear" of articular cartilage on the surface of bones in synovial joints. It is a chronic problem that is slowed with different types of therapies, including pharmaceutical, nutritional and surgical, but to date the wearing down of the cartilage cannot be stopped or reversed. Normal, mature, articular cartilage does not spontaneously repair itself after an injury. In light of this, several surgical techniques are being developed to repair degenerate and/or osteoarthritic cartilage. One such approach uses Autologous Chondrocyte Implantation (ACI). Dr. Mats Brittberg, and associates at Goteborg University in Sweden began using this cartilage repair procedure in 1987. Other techniques attempt to stimulate the subchondral bone to generate cartilage, such as Abrasion Arthroplasty. Still others use tissue grafts to attempt to repair lesions in cartilage. The surface biomechanics of these repaired tissues have not yet been studied. How well does the repaired cartilage resist wear? How long will it last? How does the repaired cartilage compare to "normal" cartilage in terms of wear-resistance? It is the goal of this research to gain initial knowledge to help answer these questions. Dr. Brittberg has provided 17 sample of cartilage, from 9 Swedish patients, including repaired and normal pairs using the aforementioned repair techniques and others, as well as a degenerate and normal cartilage pair. The intention of this paper is to report the findings of experiments performed using these samples, and compare the wear-resistance of repaired and degenerate cartilage to that of normal cartilage. Wear and friction tests were carried out on 2 mm diameter specimens using a biotribology device and a new, modified technique developed specifically for these small samples. The cartilage samples were mounted, using specially designed adapters, in our biotribology device for oscillating contact against polished stainless steel disks at a constant applied normal load, oscillating frequency, and test time. A buffered saline solution was used as the lubricant. Cartilage wear was determined from hydroxyproline analysis of the test fluid and washings from the wear test. Thin layers of transferred cartilage-like films to the stainless steel disks were also analyzed. Also, friction data was recorded throughout the tests. The results of these experiments show that: 1) For the two pairs of ACI repaired cartilage, the repaired cartilage gave substantially less wear than that of normal cartilage. 2) For all other repair techniques tested, the repaired cartilage produced more wear than normal cartilage. 3) The single osteoarthritic cartilage tested produced similar wear to that of normal cartilage. This is surprising since the current thought is osteoarthritic cartilage is more susceptible to wear. 4) The hydroxyproline concentration, by weight, of cartilage increases after the wear test. 5) Friction levels were in the boundary lubrication regime, and had no correlation with the amount of wear. To our knowledge, this research represents the first controlled "in vitro" study of an important unknown in cartilage repair, i.e., the wear-resistance of the repaired cartilage. It shows that ACI produces a cartilage with very good wear-resistance, better than that of other repair techniques, and possibly better than normal, healthy cartilage. ACI and its applications to the treatment of degenerate and osteoarthritic joints are promising, and studies will continue to investigate this and other types of cartilage repair. / Master of Science

Ce travail de thèse consiste en une étude approfondie du comportement de l'oxyde de silicium implanté Kr ou Xe pour son application comme matériau à faible constante diélectrique. Deux volets sont examinés: une étude structurale par l'utilisation de plusieurs techniques (RBS, PL, MET et PAS) et une étude de la variation de la constante diélectrique par utilisation de la spectroscopie IR avec le développement d'un modèle de la fonction diélectrique et des mesures C(V). Pour la caractérisation structurale, les principaux résultats confirment pour le cas du Kr, une distribution homogène de ce dernier jusqu'à 400°C. Pour le cas du Xe, le profil de distribution en profondeur de Xe est quasi-gaussien. Le Xe reste stable dans le SiO2 jusqu'à 900°C et désorbe à 1100°C et les bulles se transforment en cavités. Les bulles sont formées au niveau du pic des lacunes (p(lacunes)R). Alors qu’en l’absence des bulles, le Xe se localise à la profondeur de fin de parcours du Xe (RpXe) calculée par SRIM. On note aussi la présence de défauts chargés négativement et des défauts paramagnétiques E'. Ces défauts négatifs disparaissent après un recuit à 750°C. La forme des bulles, pour les deux cas Xe et Kr, est influencée par la position de l'interface SiO2/Si; sans doute à cause de la différence des modules d'Young des deux matrices. L'IR et les mesures C(V) ont permis de montrer que l'implantation des deux gaz fait diminuer la valeur de la constante diélectrique jusqu'à 2.8 pour le cas Kr et entre 1.8 et 2.4 pour le cas Xe. La cohérence des résultats obtenus par les deux techniques montrent bien que ces deux gaz rares peuvent être utilisés pour la réalisation de SiO2 de faible constante diélectrique avec un impact plus important quand le Xe est utilisé. Cette étude a permis aussi de montrer la contribution de la polarisabilité et de la porosité sur la réduction de la valeur de la constante diélectrique du SiO2 implanté. / This thesis aims to get a deep insight of Kr and Xe-implanted amorphous SiO2 for its possible application as low-k material. This work is divided in two parts: Two sides are examined: a structural study by using several techniques (RBS, PL, MET et PAS) and investigation of the evolution of the dielectric constant by using IR spectroscopy with a dielectric function model developing and C-V measurements. From structural characterization, our main results confirm, in the case of Kr implantation, an homogeneous distribution for temperature up to 400°C. For Xe, the distribution profile is quasi-gaussian. Xe remains stable in SiO2 then desorbs completely at 1100°C. We demonstrated that Xe-bubbles are located at the projected range of vacancies (RPV) as simulated by SRIM. However, we also showed that if Xe dose is not higher enough to induce bubbles, Xe is located at RP. Such a behavior helps understanding the formation of Xe-bubbles in SiO2. We reported the presence of negative defects charge and the paramagnetic defects E'. These defects disappear after 750°C annealing. The shape of bubbles induced by both Kr and Xe is SiO2/Si interface dependent. They are spherically shaped when interface is closed and quite irregular when this one is far. Differences in Young Modulus of Si and SiO2 can probably explain such a behavior. IR and C-V measurements show that Xe and Kr implantation result in decreasing the dielectric constant value down to 2.8 in the Kr case and in the range 1.8-2.4 in the Xe case. The good agreement between k values provided by IR and C-V measurements clearly valids the fact that Kr or Xe-implantation in SiO2 is a powerful approach to building low-k dielectrics. With Xe leading to a higher decrease. This study has also pointed out the contribution of both the polarisability and the porosity in the reduction of the dielectric constant of the implanted SiO2.

La production d’électricité photovoltaïque a connu une forte croissance ces dernières années, mais présente encore des coûts de production élevés comparés aux autres sources d’énergie. Le silicium monocristallin est fréquemment utilisé comme couche active dans les cellules photovoltaïques, et la matière première silicium représente une part importante du prix final de la cellule. La couche de silicium est classiquement obtenue par sciage d’un lingot, entraînant une perte de matière première de l’épaisseur du trait de scie. Une technique innovante de détachement des films minces de silicium consiste à implanter de l’hydrogène à haute énergie dans le silicium puis à appliquer un traitement thermique pour détacher la couche de silicium implantée. Les pertes dues au trait de scie sont ainsi éliminées. Ce type de procédé est couramment utilisé en microélectronique avec des énergies de quelques centaines de keV pour le report de couches minces d’un substrat à un autre. Ce travail de thèse est l’un des premiers à étudier l’extension de ce procédé à des énergies comprises entre 1 et 3 MeV pour le détachement de films de 15 à 100 μm d’épaisseur. L’efficacité du détachement dépend fortement de l’orientation du silicium utilisé. Les caractérisations réalisées après implantation et à différents stades du traitement thermique permettent de mieux comprendre le mécanisme du détachement et de proposer un modèle théorique expliquant les différences d’efficacité du détachement constatées en fonction de l’orientation du silicium. Des essais exploratoires suggèrent plusieurs pistes pour l’optimisation des conditions d’implantation et de fracture, dans le but d’améliorer l’efficacité du détachement. / Photovoltaic power generation strongly increased in the last decades, but the cost of PV-generated electricity must be further reduced to be competitive. Monocrystalline silicon is widely used as the active layer, and silicon raw materials account for a large percentage of the price of PV-cells. Ingot sawing is commonly used to separate silicon layer, resulting in significant kerf-loss. An innovative kerf-free technique to separate a thin silicon layer consists of high energy implantation of hydrogen in silicon and subsequent annealing. Such a process is commonly used in the field of microelectronics to transfer thin layers from a substrate to another and involves low implantation energy from a few ten to few hundred of keV. In this work, we propose to extend this process to higher energy in the range 1-3 MeV, in order to separate free-standing layer with thickness in the range 15-100μm. Separation efficiency strongly depends on silicon orientation. Characterizations of implanted silicon were performed after implantation and at several stages of the heat treatment to investigate the separation mechanisms. A theoretical model was proposed to explain the effect of silicon orientation on the separation efficiency. Optimizations of implantation conditions and heat treatment parameters are also suggested in order to improve the yield of the separation process.

Les Interfaces Cerveau-Machine assurent une connexion bidirectionnelle entre un patient et son environnement. Un patient atteint de déficience motrice lourde peut, au moyen d'un dispositif implanté dans son cerveau, commander des objets connectés par la seule action de son activité cérébrale. Une des premières exigences que cela requiert est de concevoir un implant, dit neuroprothèse, susceptible de rester implanté de façon chronique. L’utilisation des micro-nano-technologies permet de fabriquer une neuroprothèse qui réponde aux exigences d’un tel dispositif : performant, fiable et limitant la réaction de rejet par l’organisme. Pour cela, l’implant est conçu sur un substrat flexible à base de polymère biocompatible. La souplesse de l’implant lui permet de mieux s’adapter aux tissus cérébraux et d’assurer un contact intime avec les neurones en diminuant la réaction inflammatoire. Cet implant est inséré au moyen d’un support rigide biodégradable issu de la fibroïne de soie. Des premiers tests sur culture in vitro et sur petit animal (souris) ont montré des résultats prometteurs en termes de biocompatibilité et biostabilité sur le court et moyen terme. / Brain-Computer Interfaces ensure a bidirectional connection between a patient and his environment. Using an implant in his brain, a patient suffering from severe motor deficiency can control external devices through the sole action of his cerebral activity. One of the major requirements for such application is to conceive an implant, also called neuroprosthesis, that is able to be implanted for long periods of time.Micro-nano-technology enable the fabrication of a neuroprosthesis that gives in the demands of such item: efficient, reliable and limiting body rejection mechanisms. To that aim, the implant is designed on a flexible substrate provided by a biocompatible polymer. Implant flexibility allows for better compliance with the brain tissues and insures a more intimate contact with the neurons while maintaining minimal inflammation. This implant is inserted in the brain using a bioresorbable support made of silk fibroin. First tests in vitro on culture cells, and in vivo on mice showed promising results in terms of biocompatibility and biostability in the short and medium term.

Introdução: A utilização de próteses bucomaxilofaciais é de extrema importância para a reintegração no convívio social dos pacientes acometidos de deformidades congênitas ou adquiridas. Tendo em vista os avanços dos sistemas de retenção, fixação e ancoragem extraoral na reabilitação bucomaxilofacial realizou-se revisão sistemática. Objetivos: verificar a evolução das retenções das próteses bucomaxilofaciais comparando os sistemas osseointegrados, aos sistemas não osseointegrados, analisando algumas variáveis como: taxa de sobrevivência dos implantes ao longo do tempo, idade média dos pacientes, etiologia do defeito facial e sitio dos sistemas de retenção relacionado ao tipo de prótese, em formato de revisão sistemática. Métodos: Realizou-se busca bibliográfica nas bases de dados PubMed e SCOPUS, após elaboração de estratégias de busca, obteve-se 2630 artigos onde foram analisados títulos, resumos e eliminadas duplicidades. Resultados: Obteve-se 25 artigos pré-selecionados que passaram pelos critérios de inclusão e exclusão sendo eleitos 13 artigos para a revisão sistemática. Conclusão: As próteses retidas por implantes superam os sistemas convencionais. A perda dos implantes foi muito pequena nos estudos analisados, apesar do tempo de acompanhamento ser relativamente curto e dos protocolos distintos de tratamento. A idade adulta entre a quarta e quinta década de vida foi a de maior prevalência. A etiologia mais incidente são as neoplasias. Os sistemas osseointegrados fixados por implantes por retenção barra clipe se localizam mais na região auricular e retenção magnética nas regiões nasal e orbital. Os sistemas não osseointegrados, a retenção anatômica é mais utilizada na região ocular, retenção mecânica na região orbital e o uso da retenção por adesivos nas regiões nasal e orbital. / Introduction: The use of maxillofacial prostheses is the most importance for reintegration into social life of patients suffering from congenital or acquired deformities. Given the advances in retention, fixation and extraoral anchorage systems in maxillofacial rehabilitation got systematic review. Objectives: To observe the evolution of the retentions of maxillofacial prostheses comparing osseointegrated systems, non osseointegrated systems, analyzing some variables such as survival rate of implants over time, mean patient age, etiology of facial defect and place restraint systems related kind of prosthesis, in a systematic review format. Methods: We performed a literature search in PubMed and SCOPUS database, after preparation of search strategies, we obtained 2630 articles where were checking titles, abstracts and eliminated duplicates were analyzed. Results: We obtained 25 pre-selected articles that passed the criteria for inclusion and exclusion being elected 13 articles for systematic review. Conclusion: The dentures retained by implants outperform conventional systems. The loss of the implants was very small in the analyzed studies, although the follow-up time is relatively short and the different treatment protocols. Between the fourth and fifth ages of life was the most prevalent. The most frequent etiology are neoplasms. Osseointegrated systems for fixed for implants retention bar clip are located more auricular and magnetic retention in the regions nasal and orbital. Non osseointegrated systems, anatomical retention is most commonly used in the ocular region, mechanical retention in orbital region and the use of adhesives for retention in the regions nasal and orbital.

Au cours de la gestation précoce, la régulation de la physiologie endométriale est cruciale au bon déroulement de l’implantation. Chez les mammifères, une famille de facteurs de transcription est fortement impliquée dans la régulation de la physiologie endométriale, les facteurs STAT. Chez la vache, des analyses haut-débit ont révélé que l’expression endométriale de STAT1 est régulée au cours de la période préimplantatoire. Le but de cette thèse est donc d’apporter de nouvelles données sur l’expression et la régulation endométriales de STAT1 mais également sur ses fonctions biologiques au cours de la gestation précoce chez la vache.Grâce à différents modèles physiologiques et expérimentaux, l’impact de la progestérone, de l’IFNT (signal majeur de reconnaissance maternelle de la gestation chez les ruminants) et de la gestation sur l’expression et la régulation de STAT1 (y compris sa phosphorylation) a été analysé dans l’endomètre bovin et sur des cultures primaires de cellules endométriales. Ainsi, l’expression de STAT1 (transcrit et protéine) ainsi que sa phosphorylation sont augmentés en présence du conceptus et de l’IFNT, indépendamment du taux circulant de progestérone à l’implantation chez la vache. Pour avoir une meilleure connaissance des rôles de STAT1, l’identification de ses gènes cibles a été entreprise : d’abord avec une approche gènes candidats (avec la famille des gènes SOCS), puis par une approche exploratoire.Les facteurs SOCS sont connus pour être des régulateurs négatifs de la voie de signalisation des cytokines. L’utilisation des différents modèles physiologiques et expérimentaux évoqués plus haut a permis l’analyse de l’expression et de la régulation des huit membres de la famille des gènes SOCS au cours de la gestation précoce chez la vache. L’application d’un protocole d’immunoprécipitation de la chromatine sur des cultures primaires de cellules stromales bovines montre le recrutement rapide de STAT1 par l’IFNT sur les promoteurs des gènes SOCS IFNT-dépendants. D’autre part, l’identification systématique des gènes cibles de STAT1 a été entreprise via l’élaboration d’un protocole d’immunoprécipitation de la chromatine suivit de séquençage haut-débit, appliqué à des échantillons d’endomètre bovin. L’ensemble de ces travaux suggèrent l’implication de STAT1 dans la signalisation endométriale de l’IFNT, dans la régulation du système immunitaire maternel et également dans le contôle des phénomènes d’apposition et d’adhérence, fonctions cruciales à l’implantation chez la vache. / During the early stage of the pregnancy, the regulation of the endometrial physiology is crucial to the right establishment of the implantation. In mammals, a transcription factor family is highly involved in the regulation of endometrial physiology, the STAT family. In cattle, high-throughput analyses light up the regulation of endometrial STAT1 expression during the pre-implantation period. Thus, the aim of this work is to bring new insights about endometrial STAT1 expression and regulation but also on its biological functions during the early pregnancy in cattle. Using physiological and experimental models, the impact of progesterone, IFNT (major signal of the maternal recognition of pregnancy in ruminants) and pregnancy on the expression and the regulation of STAT1 transcript and protein (including its phosphorylation status) have been analyzed in the bovine endometrium and endometrial cells. Thus, STAT1 (transcript, protein and phosphorylation) is up-regulated by the presence of the conceptus and by IFNT but independent of progesterone level at implantation in cattle. To better understand endometrial STAT1 functions, the identification of STAT1 target genes has been initiated: first, on a candidate genes family, SOCS genes, and secondly, with an explorative approach.The proteins SOCS are known to be negative regulator of cytokine signalling pathway. Using physiological and experimental models previously quoted, the eight members of SOCS genes expression and regulation were analyzed during the early pregnancy in cattle. Chromatin immunoprecipitation protocol applied on stromal cells show the recruitment of STAT1 on SOCS promoters by a rapid treatment of IFNT. Moreover, the exhaustive identification of STAT1 target gene has been initiated, using a chromatin immunoprecipitation followed by high-throughput sequencing on bovine endometrium samples. Collectively, this data suggests the involvement of STAT1 in IFNT signalling pathway but also in the regulation of maternal immune system and the apposition/adhesion process, all that being crucial for the implantation in cattle.

En élevage bovin, la détection précoce des femelles non gravides grâce au diagnostic de gestation permet une réinsémination rapide des animaux. Idéalement, ce diagnostic devrait être réalisé avant la fin du cycle sexuel, pendant la période péri-implantatoire, ce qui n’est pas possible actuellement. Pendant cette étape de la gestation précoce, le conceptus produit un facteur de reconnaissance maternelle de la gestation, l’interféron tau (IFNt), qui occupe un rôle important dans le dialogue entre le conceptus et l’organisme maternel. Plusieurs études ont montré que l’expression de gènes régulés par l’IFNt était augmentée dans l’endomètre et dans les leucocytes sanguins des ruminants, pendant la période péri-implantatoire.Les récentes avancées technologiques permettant l’analyse fonctionnelle du génome ont ouvert de nouvelles perspectives pour l’utilisation de ces marqueurs biologiques à des fins diagnostiques. L'objectif de ce travail a donc été l'identification de marqueurs diagnostiques fiables et précoces de la gestation, dans les cellules immunitaires circulantes des ruminants, ainsi que la caractérisation de la réponse locale (endomètre) et systémique (leucocytes sanguins) de l'organisme maternel à la gestation.Pour identifier de nouveaux candidats, nous avons réalisé un transcriptome des leucocytes d’animaux gravides et non gravides, que nous avons combiné à une analyse transcriptomique de l’endomètre caronculaire et des nœuds lymphatiques drainant spécifiquement l'utérus. Pour des raisons pratiques, ces prélèvements ont été réalisés chez l’ovin. A partir de ces résultats, nous avons sélectionné, parmi les gènes différentiellement exprimés (DEG), des candidats pour mettre au point un test de diagnostic précoce de gestation chez la brebis dans un premier temps, puis chez la vache dans un second temps. L’expression de ces gènes a été évaluée par RT-qPCR et des tests de diagnostic de gestation basés sur les niveaux d‘expression de ces gènes ont été conduits sur 2 lots expérimentaux de brebis et de vaches puis, sur un lot de brebis provenant d’élevages commerciaux. Cinq candidats ont été identifiés et évalués : CXCL10, STAT1, MX1, MX2, ISG15. Les tests, performants dans les lots expérimentaux, n’ont pas permis de discriminer efficacement la gestation dans le lot d’animaux d’élevage commerciaux. Chez ces animaux, une grande variabilité de l’expression des gènes candidats a été observée et suggère un défaut de spécificité de ces gènes dans le cadre du diagnostic de gestation en élevage.Pour comprendre ce défaut de spécificité, une analyse conjointe des transcriptomes des leucocytes sanguins, des nœuds lymphatiques et de l’endomètre caronculaire a montré un différentiel d’expression pour respectivement 118, 17 et 2823 gènes dans les 3 tissus explorés. Peu de DEG ont été trouvés dans les nœuds lymphatiques. Mais, si 78 % des DEG dans les leucocytes sanguins l’étaient aussi dans l’endomètre, les DEG communs à l’endomètre et aux leucocytes ne représentent que 3 % des DEG de l’endomètre. Les analyses de data mining ont mis en évidence dans les leucocytes et dans l’endomètre une réponse forte associée à la gestation, une réponse de type interféron liée à l’IFNt. Cependant, cette signature transcriptomique commune aux deux tissus n’est pas spécifique de la gestation et peut être associée à la présence d’agents infectieux.Ce travail a ainsi permis de mettre en évidence une certaine concordance entre la réaction locale et la réponse périphérique de l’organisme maternel à la gestation. Mais il a également montré que la signature transcriptomique de type interféron observée n’est pas spécifique de la gestation. Ce défaut de spécificité est à l’origine du manque de fiabilité du test de diagnostic de gestation basés sur les niveaux d’expression des gènes régulés par l’interféron que nous avons tenté de mettre au point. D’autres études sont nécessaires pour identifier des marqueurs alternatifs de la gestation, indépendants de l’IFNt / In cattle farming, reproductive performance is closely linked to farm profitability. The early identification of non-pregnant females, using pregnancy diagnosis tests, would allow rapid re-insemination of the animals, thus shortening the interbreeding interval. Ideally, pregnancy detection would be performed prior to the return to oestrous, namely at the time of implantation, which is not possible using current state-of-the-art pregnancy diagnosis techniques. At this early stage of pregnancy, the conceptus produces a ruminant-specific antiluteolytic signal, the interferon tau, which is responsible for the maternal pregnancy recognition. This interferon is critical in the communication between conceptus and maternal organism. The expression of numerous genes has been reported to be regulated by the interferons, in the endometrium and in blood leucocytes of ruminants, at the time of implantation.Recent technical advances for functional analysis of the genome have provided new opportunities for the use of these biological markers in pregnancy diagnosis. The main purpose of this work was to identify non-invasive, reliable and early pregnancy diagnostic markers in immune circulating cells, along with the characterisation of the local and systemic responses of the maternal organism to pregnancy.In order to identify new candidate genes, we performed a transcriptome analysis of pregnant and non-pregnant peripheral blood mononuclear cells, which we combined to a transcriptome analysis of the caroncular endometrium and the lymph nodes that specifically drain the uterus. For practical and cost-effectiveness reasons, these samples were collected in sheep. Based on the results of the transcriptome analysis, we selected, among the differentially expressed genes (DEG), a set of candidate genes in order to develop an early pregnancy diagnosis test initially in ewes and in cows in a second step. Expression of these genes was assessed using real time qPCR. Based on the expression levels of these candidate genes, pregnancy diagnosis tests were performed on different sets of animals: an experimental set of ewes, an experimental set of cows and finally, on a set of ewes from commercial herds. Five candidate genes were identified and evaluated: CXCL10, STAT1, MX1, MX2 and ISG15. Diagnosis tests displayed reliable results in the experimental sets of animals but failed to discriminate pregnancy in the set of farm animals. In this group, we observed high variations in interferon stimulated genes (ISG) expression levels highlighting the low specificity of ISG based pregnancy diagnosis tests performed in farm on heterogeneous batch of animals.To understand this lack of specificity, a simultaneous transcriptome analysis of blood leucocytes, lymph nodes and caroncular endometrium revealed respectively 118, 17 and 2823 DEG. Very few DEG were noticed in the lymph nodes. But if 78% of the DEG in blood leucocytes were found in the endometrium as well, only 3% of the DEG in the endometrium were shared with blood cells. Data mining analysis of the lists of DEG showed a strong pregnancy associated response in both blood leucocytes and the endometrium, an interferon response type, related to the implication of the interferon tau. However, this transcriptomic signature, identified in both biological tissues, is not pregnancy specific as it is frequently associated with pathogen agents.Finally, this work has enabled to highlight the slight correlation between the local (endometrium) and the peripheral (blood leucocytes) response during early pregnancy. But this work has also pointed out that the transcriptomic signature related to pregnancy, an interferon response type, is not pregnancy-specific. This lack of specificity is due to the unreliability of ISG based pregnancy diagnosis tests. Further investigations are needed to identify alternative pregnancy markers, independent of the interferon tau

In diesem Report wird eine Niederenergie-Implantationskammer (NEI-Kammer) beschrieben, die im Forschungszentrum Rossendorf entwickelt und aufgebaut wurde. Die Kammer ermöglicht es, die Implantation von Ionen bei niedrigen Energien (< 30 keV) mit einer Implantationsanlage für mittlere Energien durchzuführen. In der Kammer werden der Ionenstrahl, den der Implanter liefert, auf die erwünschte niedrige Energie abgebremst. Dazu wird ein elektrostatisches Bremslinsensystem eingesetzt, das auf einem neuartigen Prinzip basiert. Das System besteht aus einer Sammellinse und einer Zerstreuungslinse, wobei die Öffnungsfehler beider Linsen entgegengesetzte Vorzeichen besitzen und sich gegenseitig kompensieren. Dadurch ist es möglich, Wafer gebräuchlicher Größe bei geringer Energie mit hoher Dosishomogenität zu implantieren. Die NEI-Kammer ist insbesondere für Forschungseinrichtungen eine vorteilhafte Lösung, da sie eine wesentlich kostengünstigere und flexiblere Alternative zur Anschaffung einer Niederenergie-Implantationsanlage darstellt.

Diss. (sammanfattning) Stockholm : Karolinska institutet, 2007. / Härtill 4 uppsatser.

Les filières avancées CMOS et photonique nécessitent des procédés d’implantation utilisant des conditions beaucoup plus agressives en terme de dose et d’énergie que pour les générations de dispositifs précédentes. Cela n’est pas sans conséquences sur les étapes technologiques suivantes notamment l’étape de retrait de la résine implantée par plasma. En effet, pendant l’implantation, la résine subit le bombardement des ions et une couche modifiée appelée « croûte » se forme à la surface. Il est difficile de retirer cette couche sans laisser de résidus et sans consommer les matériaux en présence avec les procédés de retrait actuels et les chimies conventionnelles. Ce travail de thèse se concentre dans un premier temps sur la caractérisation de la résine implantée afin de comprendre les modifications induites par l'implantation dans la résine et la mise en place d’un protocole expérimental pour étudier ces résines. Le phénomène prépondérant observé est la réticulation de la résine ainsi qu’une diminution de la quantité d’oxygène et d’hydrogène contenus dans la résine ce qui a pour conséquence une augmentation de sa densité et de sa dureté. Fort de cette compréhension, les procédés de retrait de la résine plasma par les chimies conventionnelles ou de nouvelles chimies ont été étudiés, le but étant de ne pas laisser de résidus, d’avoir le minimum d'impact sur les substrats et d’atteindre une vitesse de retrait la plus rapide possible. Les chimies oxydantes ont montré les plus grandes vitesses de retrait mais des résidus de SiO2 provenant de la pulvérisation du substrat sont toujours présents. Au contraire, les chimies réductrices sont efficaces pour retirer les résidus mais ont une vitesse de retrait plus faible. Avec ces chimies contenant de l’hydrogène, deux phénomènes ont pu être observés : le popping et le blistering qui correspondent respectivement à la formation de bulles dans la résine et dans le substrat. Ces phénomènes ont été étudiés et des solutions ont été apportées. / Stripping photoresist after High Dose Implantation (HDI) is becoming a critical step with the increase of both implantation acceleration energy and dose. During this step, the photoresist is bombarded by the ions and a modified layer called “crust” is formed at the surface. This layer is difficult to remove with current processes and plasma chemistries without leaving residues and damaging the materials in presence. This study focuses first on the implanted photoresist characterization to understand the photoresist modifications induced by the implantation on the setting of robust experimental protocols. The major phenomenon observed is the resist crosslinking with a decrease of the oxygen and hydrogen content which results in an increase of photoresist density and hardness. Thanks to this understanding, the dry strip process using standard or alternative chemistries has been studied in terms of residues removal efficiency, impact on substrate and ashing rate. The oxidative chemistries allow to achieve the highest ashing but some SiO2 residues coming from substrate sputtering remain. On the contrary, the reductive chemistries are efficient to remove residues but the ashing rate is lower. Besides with such chemistries containing hydrogen, two phenomena are observed: photoresist popping and blistering in the silicon substrate. These issues are studied and solutions are proposed.