O objetivo deste trabalho é a pesquisa dos processos para realização cinematográfica, em especial os que lançam mão de tecnologia digital, e a proposição de um modelo de tecnologia alternativa para a realização de film transfer. Tomando como objeto os principais processos para realização cinematográfica, discutimos seu fluxo de trabalho, equipamentos, vantagens, desvantagens e buscamos estabelecer paralelos com as tecnologias alternativas, de maneira a acumular conhecimento para a elaboração do modelo. O modelo de tecnologia alternativa para film transfer sugerido é o resultado da adaptação, numa premissa de baixo custo, de tecnologias de vanguarda evidenciadas nas reflexões sobre a realização. / This work objective is the research of the filmmaking process, particularly when utilizing digital technology, and the proposal of an alternative technology model to accomplish film transfer. Assessing the major filmmaking processes, we discuss their workflow, equipments, advantages, disadvantages and attempt to establish parallels with alternative technologies, in a way that knowledge is amassed towards the definition of said model. The proposed alternative technology model for film transfer results from the adaptation, restricted by a low cost premise, of high end technology ascertained during the reflections on the filmmaking process.

O objetivo deste trabalho é a pesquisa dos processos para realização cinematográfica, em especial os que lançam mão de tecnologia digital, e a proposição de um modelo de tecnologia alternativa para a realização de film transfer. Tomando como objeto os principais processos para realização cinematográfica, discutimos seu fluxo de trabalho, equipamentos, vantagens, desvantagens e buscamos estabelecer paralelos com as tecnologias alternativas, de maneira a acumular conhecimento para a elaboração do modelo. O modelo de tecnologia alternativa para film transfer sugerido é o resultado da adaptação, numa premissa de baixo custo, de tecnologias de vanguarda evidenciadas nas reflexões sobre a realização. / This work objective is the research of the filmmaking process, particularly when utilizing digital technology, and the proposal of an alternative technology model to accomplish film transfer. Assessing the major filmmaking processes, we discuss their workflow, equipments, advantages, disadvantages and attempt to establish parallels with alternative technologies, in a way that knowledge is amassed towards the definition of said model. The proposed alternative technology model for film transfer results from the adaptation, restricted by a low cost premise, of high end technology ascertained during the reflections on the filmmaking process.

Les micro-dispositifs comportant des structures libérées et mobiles sont d’une part très sensibles aux variations de leur environnement de travail, et d’autre part très fragiles mécaniquement. L’étape de découpe du substrat en plusieurs puces est extrêmement agressive et peut entrainer la destruction totale des micro-dispositifs. L’encapsulation avant la découpe va alors prémunir les micro-composants lors de cette étape critique et continuer à garantir leur bon fonctionnement tout au long de leur utilisation en conservant la stabilité et la fiabilité de leur performance. Le conditionnement doit en outre interfacer les micro-dispositifs encapsulés avec le monde macroscopique en vue de leur utilisation. De nombreux procédés de fabrication ont déjà été développés pour l’élaboration d’un conditionnement. C’est le cas de l’encapsulation puce par puce, substrat - substrat, par couche sacrificielle par exemple. Ils sont toutefois très contraignants (encombrement, compatibilité, coût, …). Nous avons étudié, au cours de cette thèse, un procédé innovant de conditionnement hermétique par transfert de film utilisant une couche à adhésion contrôlée. Cette technologie consiste à élaborer des capots protecteurs sur le substrat moule puis à les reporter collectivement pour encapsuler les micro-dispositifs. Ce procédé est totalement compatible avec un interfaçage électrique de composant qui traverse les cordons de scellement ou le capot. Ce procédé nécessite la maîtrise de la croissance de divers films (C, CxFy, Ni, AlN, parylène, BCB, Au-In) et permet d’obtenir des boitiers étanches, hermétiques et robustes qui devraient très rapidement pouvoir être utilisés pour le conditionnement de MEMS. / Micro-devices which are composed of free standing or mobile structures are very sensitive to the working condition and mechanically very fragile. The saw dicing steps is very aggressive and it can destroy the micro-devices. Packaging will prevent the micro devices from any damage during this critical step and also take care of it all along its life by controlling its performance stability and reliability. Moreover, the suited devices use needs a connection to the macroscopic word through the packaging. Many packaging process flow has already developed such as pick and place, wafer to wafer, thin film packaging with a sacrificial layer. Nevertheless, they have got many drawbacks (footprint, process compatibility, cost …). We have developed an attractive wafer level hermetic packaging process by film transfer technology during this these. It relies on a transferred molded film cap from a carrier wafer to the donor wafer. Electrical path can be done through the cap or the bonding ring. Cap manufacturing need a high layer growth skill for example in C, CxFy, Ni, AlN, parylène, BCB, Au-In films to make robust, hermetic encapsulation which should be soon used for MEMS packaging.

Les matériaux polymères sont à l'heure actuelle peu considérés dans le vaste domaine des micro et nano technologies. Ils présentent toutefois certaines propriétés remarquables en comparaison des matériaux traditionnels de la microélectronique. Par exemple leur déformabilité et leur légèreté permettent d'envisager des fonctions de supports flexibles pour des composants électroniques. Par ailleurs, ils offrent des solutions d'assemblage de matériaux de diverses natures. Cette étude porte précisément sur ces deux thématiques. En premier lieu, nous avons étudié les mécanismes de collage impliqués dans l'assemblage de substrats de type silicium par une couche de polymère. D'autre part, nous avons proposé des modèles de mécanisme de transfert de films monocristallins sur polymère. Les propriétés mécaniques des matériaux considérés, principalement du silicium monocristallin et des polymères de type vitreux et caoutchoutique, ainsi que leurs épaisseurs, peuvent varier sur plusieurs ordres de grandeur selon la configuration considérée. L'originalité de l'étude est de déterminer et d'aborder des configurations expérimentalement favorables, par des modèles mécaniques simples, élaborés à partir de lois d'échelle. Nous avons proposé, dans un premier temps, ces modèles pour expliquer des résultats liés à des configurations particulières et ainsi démontrer la pertinence de cette approche. Le cœur de notre étude porte sur le transfert de films monocristallins, aussi fins qu'une centaine de nanomètres d'épaisseur, sur polymère par adaptation du procédé Smart-CutTM (transfert par implantation ionique et fracture). En comparaison d'une configuration standard de cette technologie, nous avons notamment étudié l'impact des propriétés mécaniques propres aux polymères (de types vitreux ou caoutchoutique). Les méthodes en loi d'échelle nous ont ainsi permis de proposer des mécanismes de transfert, de l'échelle du nanomètre jusqu'à la fracture macroscopique. Nous avons également exposé un exemple d'application concret par la réalisation d'objets microélectroniques modèles sur et dans un film monocristallin de silicium. La structure, composée d'un film de quelques micromètres d'épaisseur supporté par un polymère, constitue ainsi une structure flexible d'un point de vue mécanique. / Polymers are little considered at the moment, in the wide domain of micro- and nano- technologies. They present however certain remarkable properties by comparison with the materials used in microelectronics. For example their flexibility and their lightness allow thinking to polymers as flexible supports for microelectronic components. Besides, they offer solutions for assembling various materials.This study concerns exactly these two items. First of all, we studied bonding mechanisms implied in the assembly of silicon wafers via polymer layers. Then we proposed models for mechanism of single-crystalline layer transfers onto polymers. The mechanical properties of the considered materials (mainly single-crystalline silicon and glassy or rubber polymers) as well as their thicknesses can vary on several orders of magnitude according to the application.The originality of the study is to determine favorable experimental configurations, by simple mechanical models developed from scale laws, and to realize demonstrators. The heart of our study concerns the transfer of single-crystalline layers as thin as about hundred nanometers onto polymers by tuning of the Smart-CutTM technology (based on ion implantation and splitting for transfer). By comparison with a standard configuration of this technology, we studied the impact of the specific mechanical properties of polymers (glassy or rubber types). The methods in scale laws allowed us proposing transfer mechanisms, from the nanometer scale up to the macroscopic one. Finally we reported on a realization of micro-technology devices, made in and on single-crystalline thin silicon membranes. The stacked structures, consisting in silicon membranes thick of a few micrometers supported by polymer films, may be considered as very flexible structures.

Les travaux de thèse portent sur le développement de méthodologies d'élaboration de dispositifs à base de polymères PDMS, destinés à des applications médicales. Ce travail s'appuie sur deux volets applicatifs : le développement de matrices de micro-capteurs capacitifs souples portables destinées à la mesure de champs de pression dans un contexte de suivi d'appuis du corps humain, et le développement d'une technique de collage réversible de composants PDMS dans une application de laboratoire sur puce en micro-fluidique. Dans ces travaux, les propriétés mécaniques du PDMS sont déterminées expérimentalement et à l'aide de modélisations numériques, afin d'identifier les éléments essentiels du dimensionnement des micro-capteurs capacitifs. Différents types de micro-capteurs de pression souples sont réalisés par un procédé de microfabrication à transfert de films. Ce procédé est optimisé à chacune de ses étapes afin d'obtenir un procédé fiable et reproductible. Les caractérisations électromécaniques montrent que les capteurs fabriqués sont opérationnels et adaptés aux applications médicales visées. Les capteurs de pression normale ont une variation de capacité de 3 à 17 % à 10 N - 300 kPa, adaptée à une application dentaire. Les capteurs à trois axes de sensibilité ont une résolution spatiale de 25 mm2, et une sensibilité de 4 % à 3 N en compression et 1,4 % par Newton en cisaillement pur, et sont adaptés à une application de mesure de la pression plantaire destinée à l'analyse de la marche et la détection des hyper-appuis. Par ailleurs, deux méthodes différentes permettant le collage réversible de composants PDMS sont développées. Les dispositifs microfluidiques fabriqués avec ces méthodes peuvent être utilisés avec jusqu'à 5 cycles de collage/décollage, et travailler à débit élevé (500 µL/min, correspondant à une pression de 148 kPa). Les méthodologies développées dans ces travaux ouvrent la voie à l'élaboration de dispositifs à base de PDMS performants et optimisés pour répondre à des cahiers des charges exigeants pour des applications biomédicales ciblées. / This thesis focuses on the development of methodologies dedicated to the development of PDMS-based devices, which are required in medical applications. Two objective applications are considered in this work: i) the development of wearable flexible micro-sensors arrays for measuring pressure fields on human body and ii) the development of a reversible bonding technique of PDMS components dedicated to microfluidic chips. In this work, the mechanical properties of PDMS are determined using experiments and computations; they allow identifying the essential elements of the design of capacitive micro-sensors. The manufacturing process is reliable and reproducible, and different types of flexible pressure sensor have been fabricated by a film transfer process. Electromechanical characterizations show that the fabricated sensors are fully operational and suitable for the intended applications. Normal pressure sensors have a capacitance change ranging from 3 to 17% under a 10 N - 300 kPa - load, which is suitable for dental applications. Fabricated triaxial sensor arrays have a spatial resolution of 25 mm2, and a sensitivity of 4% under 3 N load in compression, and 1.4% / N under shear. These features are suitable for plantar pressure measurements required in gait analyses or for the detection of over-pressures. Besides, two different process methods for the reversible bonding of PDMS devices are developed. The microfluidic devices fabrcitated with these methods can be used within up to 5 “bonding & peeling off” cycles, and can be working at high microfluidic flows (500 µL / min, corresponding to a pressure of 148 kPa). The methodologies developed in these works open the way to the design and fabrication of PDMS-based devices suitable for demanding biomedical applications.

<p dir="ltr">Thin film materials are used in many areas of our daily lives. From memory storage chips to optical coatings, these thin films are essential to the technologies on which we rely. Multiferroic thin films, a group of materials that simultaneously exhibit ferromagnetism and ferroelectricity, are of particular interest because of the new opportunities that they enable in memory storage and sensors. Bismuth-based oxide materials have proven to be excellent candidates for these applications, with multiferroic properties and anisotropic structures. This novel self-assembled structure found in layered supercell systems has applications in optical devices, such as isolators and beamsplitters. Throughout this study, thin film strain and epitaxy must be tended to as the fundamentals of film growth, adding to the complexity of these challenges.</p><p dir="ltr">In this dissertation, bismuth-based oxides, and more specifically the Bi₃Fe₂Mn₂O_x (BFMO) layered supercell phase, are studied from three perspectives. First, BFMO is integrated onto silicon substrates for commercialization using a complex buffer layer stack to mediate the differences in the crystal lattice. This allows for a demonstration of device fabrication with this film. Second, the growth and impact of strain are examined through geometric phase analysis, discovering that strain is essential for the growth of the supercell phase in BFMO. This strain can be tuned through buffer layer addition to optimize the growth of this phase. Third, two methods are demonstrated to free the BFMO material from the typical film-substrate lattice matching requirements. The process of transferring the film from the original substrate onto a different substrate removes these restrictions, allowing virtually unlimited access to applications that were previously not possible. The two methods demonstrate different solutions to the specific challenges of transferring the highly strained BFMO thin film. These findings pave a practical way to integrate multiferroic layered oxide thin films onto chips for the next generation of devices.</p>

Die Sammlung der zwei-dimensionalen (2D) Materialien ist begrenzt, da sehr wenige Verbindungen stabil bleiben, sobald sie nur aus Oberflächen bestehen. Aufgrund ihrer außergewöhnlichen Eigenschaften sind 2D Materialien jedoch nach wie vor überaus begehrt. Vor kurzem wurden atomar definierte, chemisch gesättigte SiO2 Bilagen auf verschiedenen Metalloberflächen präpariert. Eine solche ultradünne Silika-Lage wäre eine vielversprechende Ergänzung zur Familie der 2D Materialien, wenn sie unter Strukturerhalt vom Wachstumssubstrat isoliert werden kann. In dieser Arbeit untersuchen wir die Eigenschaften einer Silika-Bilage im Zusammenhang mit Anwendungen von 2D Materialien. Die Bilage besitzt kristalline und amorphe Regionen, die beide atomar glatt sind. Die kristalline Region besitzt ein hexagonales Gitter mit gleichmäßiger Porengröße, während die amorphe Region einer komplexeren Beschreibung bedarf. In einer Studie von Baublöcken zeigen wir, dass mittelreichweitige Struktureinheiten in Korrelation mit einem Parameter für die Bindungswinkelfrustration auftreten. Das Netzwerk verschiedener Nanoporen stellt eine größenselektive Membran dar, wie wir in einer Adsorptionsstudie zeigen. Pd- und Au-Atome durchdringen den Silikafilm abhängig von der Größe der zur Verfügung stehenden Nanoporen. Der ultradünne Film hält der Einwirkung verschiedener Lösungsmittel stand und die Beständigkeit der Struktur in Wasser wird analysiert. Diese Studien deuten die außergewöhnliche Stabilität dieser Struktur an. Wir entwickeln eine polymerbasierte mechanische Exfoliation, um den Film von seinem Wachstumssubstrat zu entfernen, und zeigen, dass der Film als intakte Einheit vom Substrat abgelöst wird. Wir präsentieren anschließend den Transfer des Silikafilms auf ein TEM-Gitter, wo er schraubenartig gewundene Formen annimmt. Weiterhin wurde der Film auf ein Pt(111)-Substrat transferiert. In diesem Fall wird unter Erhalt der Struktur ein Transfer in der Größenordnung von Millimetern erreicht. / The library of two-dimensional (2D) materials is limited, since only very few compounds remain stable when they consist of only surfaces. Yet, due to their extraordinary properties, the hunt for new 2D materials continues. Recently, an atomically defined, self-saturated SiO2 bilayer has been prepared on several metal surfaces. This ultrathin silica sheet would be a promising addition to the family of 2D materials, if it can be isolated from its growth substrate without compromising its structure. In this work, we explore the properties of a silica bilayer grown on Ru(0001) in the context of 2D technology applications. The bilayer sheet exhibits crystalline and amorphous regions, both being atomically flat. The crystalline region possesses a hexagonal lattice with uniform pore size, while the amorphous region requires a more complex description. In a building block study of the amorphous region, we find that medium range structural patterns correlate with a parameter describing the bond angle frustration. The resulting network of different nanopores represents a size-selective membrane, as illustrated in an adsorption study. Pd and Au atoms are shown to penetrate the silica film selectively, depending on the presence of appropriately sized nanopores. The ultrathin silica film is shown to withstand exposure to different solvents and the stability of the structure in water is analyzed. These studies indicate extraordinary stability of this nanostructure. We develop a polymer assisted mechanical exfoliation method for removing the film from the growth substrate, providing evidence that the film is removed as an intact sheet from the growth substrate. We subsequently present the transfer of the silica bilayer to a TEM grid, where it forms micro-ribbons. Further, the film is transferred to a Pt(111) substrate, where mm-scale transfer under retention of the structure is achieved.