Cette thèse porte sur l'étude de nanofils silicium réalisés par approche top-down. Elle s'inscrit dans le contexte de la miniaturisation des composants et la compréhension du transport dans les systèmes 1D.<br /><br />Deux voies de fabrication sont envisagées : la lithographie par AFM (Microscope à Force Atomique) et la lithographie électronique. Cette dernière étant plus reproductible, les dispositifs finaux sont fabriqués par cette technique, à partir d'un substrat SOI et plusieurs étapes de gravure et métallisation.<br /><br />L'étude des nanofils par mesures I(V) nous permet de mettre en évidence une zone déplétée à l'interface Si/SiO2 natif. Grâce à l'utilisation de nanofils de largeurs et de longueurs différentes, nous sommes capables de déterminer la largeur de la zone déplétée, la densité d'états d'interface ainsi que le niveau de dopage des nanofils. L'évolution de la résistance des nanofils avec la température est également étudiée et montre une dépendance associée à la diffusion des phonons de surface.<br /><br />Trois applications sont ensuite décrites : un décodeur, un commutateur de courant et un capteur biologique. En effet, la gravure locale des nanofils conduit à une modulation de la bande de conduction, rendant possible la réalisation d'un décodeur. D'autre part, la fabrication de croix à base de nanofils et de grilles latérales à proximité des croix qui contrôlent le passage du courant dans les différentes branches permet de former un commutateur de courant. Enfin, grâce au rapport important de la surface par rapport au volume des nanofils et leur bonne fonctionnalisation chimique, ceux-ci sont utilisés pour détecter électriquement des interactions biologiques (détection de l'ovalbumine).

Le but de ce travail de thèse est d'étudier les moyens de lithographie haute résolution pour la fabrication de résonateurs à ondes élastiques de surface, et de l'illustrer à travers la réalisation de sources de fréquences fonctionnant au-delà du GigaHertz. Dans un premier temps nous abordons les différents dispositifs fondés sur les ondes élastiques de surface puis les sources de fréquence (instabilités caractéristiques) et fixons les objectifs de l'étude au travers notamment d'un état de l'art. Dans un second temps, nous présentons les moyens de lithographie étudiés dans le cadre de ce travail, à savoir la lithographie électronique, la gravure par faisceau d'ions focalisés, la lithographie UV par projection et la lithographie par nano-impression. Pour chacune d'entre elles, nous détaillons le principe de fonctionnement et montrons, notamment grâce à des simulations, leur intérêt et leurs limitations. Ensuite, nous présentons la fabrication et la caractérisation de résonateurs sur différents types de substrats ayant des propriétés innovantes par rapport à nos applications. Le PZT élaboré par épitaxie, présentant des coefficients de couplage élevés (plusieurs pourcents) couplés à une granulométrie fine et une orientation cristalline selon l'axe 001. Le diamant, qui permet d'atteindre des vitesses de phase de l'ordre de 10000 m.s-1, soit une vitesse deux fois supérieure à celles des ondes transverses sur substrat de quartz, quartz que nous avons également étudié afin de rechercher de nouveaux points de fonctionnement à haute fréquence. Pour chaque matériau, nous identifions un ou plusieurs moyen(s) de lithographie qui nous permettent de fabriquer les résonateurs. Les étapes de conception, de fabrication et de caractérisation sont décrites en détail. La dernière partie du manuscrit consiste à exposer les caractéristiques des oscillateurs fondés sur les résonateurs à haut produit Qf ainsi fabriqués (Qf > 5.1012). Nous reportons les résultats obtenus à des fréquences de 1,5 GHz (sur quartz) et à 3 GHz (sur diamant nanocristallin). Le bruit de phase à 10 kHz de la porteuse est compris entre -100 et -110 dBc.Hz-1, et le bruit plancher est de -160 dBc.Hz-1. Nous concluons en donnant des pistes afin d'améliorer ces caractéristiques

Ce mémoire est le résultat d'un projet de fabrication de transistors monoélectroniques (SET). Ces dispositifs, fabriqués pour la première fois à la fin des années quatre-vingt, permettent d'observer le passage d'un nombre discret d'électrons entre deux électrodes. À température ambiante, le fonctionnement des transistors n'est pas garanti, et nécessite généralement des composantes de taille nanométriques. Autrefois vus comme de potentiels remplaçants aux transistors MOSFET dans les circuits intégrés, les SET ont vu le consensus général quant à leur application migrer vers les applications-niche, et vers une intégration hybride SET-CMOS. On présente ici une méthode de fabrication basée sur un procédé damascène développé par Dubuc et al .[10][l1]. Les résultats obtenus antérieurement ont démontré que des transistors ainsi fabriqués atteignent des températures maximales d'opération de 433K. Par contre, la fabrication fait appel exclusivement à la lithographie par faisceau d'électrons. Si cette technique permet de définir des motifs de très petite taille, elle est néanmoins relativement lente pour l'écriture de motifs de plus grande taille tels que des pistes de contact électrique. Les motifs sont lithographies directement dans le SiO[indice inférieur 2], qui est une électrorésine à très haute résolution, mais qui demande des doses d'expositions très élevées, ralentissant davantage le procédé. De plus, les transistors utilisent l'arrière de l'échantillon en lieu de grille de contrôle, ce qui fait qu'il est impossible de contrôler individuellement les transistors. Le projet de recherche propose une plateforme pour la fabrication de SET damascène par lithographie hybride. Le but est de prendre avantage à la fois de la rapidité et de la production en lot de la photolithographie, et de la capacité d'écriture de composantes de taille submicronique de l'électrolithographie. On propose également l'ajout d'une grille individuelle auto-alignée et la migration vers la gravure plasma du diélectrique SiO[indice inférieur 2] avec un masque d'électrorésine en PMMA. Ces changements demandent la conception d'un photomasque comprenant les parties des dispositifs qui sont d'assez grande taille pour être fabriquées en photolithographie. Le design de deux dispositifs-test est également proposé. Ces dispositifs servent à caractériser les couches métalliques employées, les caractéristiques électriques des transistors et les paramètres de fabrication. La réalisation de la plateforme a permis l'accélération du rythme de production des dispositifs, tout en établissant un point de départ pour des évolutions futures. Le procédé de fabrication incluant une grille de surface auto-alignée a également été montré avec succès. Des problèmes de polissage et de dépôt par soulèvement de couches métalliques ont empêché la réalisation de dispositifs complets et fonctionnels électriquement pendant la durée du projet.

Ce travail de thèse porte sur le développement d'une nouvelle approche pour la localisation et l'organisation de nanocristaux de silicium réalisés par gravure électrochimique. Cette dernière représente une technique simple et peu couteuse [i.e. coûteuse] par rapport aux autres techniques couramment utilisées pour la fabrication de nanocristaux de silicium. L'idée de ce travail a été d'étudier la nanostructuration de minces couches de nitrure de silicium, d'environ 30 nm d'épaisseur pour permettre par la suite un arrangement périodique des nanocristaux de silicium. Cette pré-structuration est obtenue de façon artificielle en imposant un motif périodique via une technique de lithographie par faisceau d'électrons combinée avec une gravure plasma. Une optimisation des conditions de lithographie et de gravure plasma ont permis d'obtenir des réseaux de trous de 30 nm de diamètre débouchant sur le silicium avec un bon contrôle de leur morphologie (taille, profondeur et forme). En ajustant les conditions de gravure électrochimique (concentration d'acide, temps de gravure et densité de courant), nous avons obtenu des réseaux -2D ordonnés de nanocristaux de silicium de 10 nm de diamètre à travers ces masques de nanotrous avec le contrôle parfait de leur localisation, la distance entre les nanocristaux et leur orientation cristalline. Des études électriques préliminaires sur ces nanocristaux ont permis de mettre en évidence des effets de chargement. Ces résultats très prometteurs confirment l'intérêt des nanocristaux de silicium réalisés par gravure électrochimique dans le futur pour la fabrication à grande échelle de dispositifs nanoélectroniques.

La nanoimpression assistée par UV (UV-NIL) est une technique de lithographie émergente permettant de fabriquer des motifs de très petites dimensions (de l'ordre du nanomètre) par simple pressage d'un moule transparent et nanostructuré dans une résine fluide. Ce pressage est suivi par un flash de rayonnements UV qui photo polymérise la résine. En raison de son fort potentiel, l'UV-NIL est considéré comme un candidat possible pour réaliser l'étape lithographique dans la fabrication des circuits intégrés du futur. La résine peut être déposée, soit par dispense de microgouttelettes, soit en film mince par centrifugation ("spin-coating"). C'est cette dernière variante qui a été étudiée pendant cette thèse. <br />Pour cela, nous avons d'abord développé les procédés de fabrication de moule dans de la silice et élaboré des formulations de résine adaptées à l'UV-NIL. Nous nous sommes ensuite concentrés sur les critères d'intégration de l'UV-NIL en microélectronique, et plus particulièrement sur l'évaluation des étapes de pressage, sous différentes conditions expérimentales, et de gravure post-lithographique, avec divers plasmas. Nous avons démontré que l'UV-NIL par "spin-coating" permet d'accéder à de bonnes performances lithographiques, en terme d'uniformité d'épaisseur de résine résiduelle en fond de motifs, sous certaines conditions de géométrie de motifs (taille, densité...)

L'invention de la photographie bouleverse le monde de l'estampe entre 1850 et 1865. Le burin et la lithographie, pourtant récente, ne sont plus les seuls moyens de reproduire les tableaux, et l'eau-forte renaît. Dès ses premiers Salons, Baudelaire est attentif aux différents procédés. Vers 1859-1862, son action et ses articles en faveur de Charles Meryon et de la Société des aquafortistes font de lui un des principaux défenseurs de l'eau-forte originale. Après avoir acheté dans sa jeunesse des tableaux anciens, Baudelaire constitue alors une collection importante d'estampes, en rapport avec son activité de critique d'art. D'un autre côté, l'essai sur le rire, ceux sur les caricaturistes français et sur les caricaturistes étrangers, ainsi que les projets d'articles sur « L'Art philosophique » et les « Peintres de mœurs » sont entièrement ou en partie inspirés par des estampes. Ces textes donnent à Baudelaire l'occasion de poser des questions de poétique et d'esthétique, – le statut de l'artiste comique, la beauté de l'éphémère et la trivialité en art, par exemple. Comme les poèmes inspirés d'estampes, ils montrent aussi la façon dont le poète met à l'épreuve le sens des images. La dernière partie de notre travail est consacrée à l'histoire des frontispices dont Baudelaire voulut faire orner plusieurs de ses œuvres, et en particulier à celui qu'il projetait de donner à la deuxième édition des Fleurs du mal. / The invention of photography drastically changed the world of printing between 1850 and 1865. Lithography – though recent – and engraving were no longer the only means to reproduce paintings – etching came back to life. Since his first Salons, Baudelaire had been interested in these different techniques. Around 1859-1862, he became one of the key figures in the defense of original etching through his action and his articles in favour of Charles Meryon and the Société des Aquafortistes. After having bought antique paintings in his youth, Baudelaire built up a large collection of prints – in relation to his activity of art critic. Besides, his essay on laughter, the ones on French caricaturists and on foreign caricaturists, as well as his drafts of articles on “L’Art philosophique” and the “Peintres de mœurs” are entirely or partly inspired by prints. These texts gave Baudelaire the opportunity to raise issues of poetics and aesthetics, such as the position of the comic artist, the beauty of transience and triviality in art. Like his poems inspired by prints, they also show how the poet questions the meaning of images. The final part of this work is devoted to the history of frontispieces which Baudelaire wanted to use to illustrate several of his works with, and more particularly the one he planned to illustrate the second edition of Les Fleurs du mal with.

Les allergies représentent un enjeu sociétal majeur dans nos sociétés modernes. Les outils de diagnostics actuels permettent la mesure de concentration d’anticorps spécifiques IgE responsables des réactions allergiques contenus dans le sérum de patient. L’intégration de nano-micro particules diminue les distances de diffusion permettant de miniaturiser les dispositifs, de diminuer le temps de réaction et d’améliorer l’efficacité du diagnostic. C’est dans cette perspective que cette thèse se positionne en développant une méthode innovante de détection des anticorps IgE par l’utilisation de microbilles polystyrènes 10µm (PS) et superparamagnétiques 1µm (SPM).L’idée explorée dans cette thèse est d’utiliser les microbilles PS comme support d’immunodosage et les propriétés magnétiques des microbilles SPM en réalisant un tri magnétique des microbilles PS. Nous avons développé cette technologie en trois étapes technologiques distinctes. Premièrement, la bio-fonctionnalisation a permis le greffage des allergènes et des anticorps à la surface des microbilles qui réagissent ensuite avec le sérum de patient. Puis, le tri magnétique a été développé pour isoler les microbilles PS en fonction de la présence ou non d’anticorps IgE à leur surface. L’efficacité de ce procédé est proportionnelle à la quantité d’IgE par microbilles. Finalement une technologie d’auto-assemblage de microbilles appelées « assemblage gravitationnel » a été développé en exploitant avantageusement les phénomènes de sédimentation et de capillarité. Il a été montré que cette technologie complémentaire à la technologie d’assemblage capillaire étend le domaine de l’assemblage à des systèmes de suspensions colloïdales denses. De plus, cette technologie permet d’atteindre une limite de détection de 2 microbilles/ml.Des tests cliniques ont été réalisés avec succès à partir de sérums de patient sensibles à l’arachide, à la noisette et à la crevette. Le temps de procédé, la limite de détection et la dynamique de détection ont été optimisés. La preuve de concept de détection des anticorps IgE a été présentée et ouvre la voie vers le diagnostic d’allergies multiplexe. / Allergies represent a major social issue for modern societies. Current diagnostic tools enables to measure the concentration of specific IgE antibodies responsible for allergic response into the patient’s serum. The use of nano-micro particles decreases diffusion distances in order to shrink the size of device, reduce the length of time reaction and improve diagnostic efficiency. In this perspective, the PhD work develop an innovative method to detect IgE antibodies by using both 10µm polystyrene (PS) and 1µm superparamagnetic (SPM) microbeads.The PhD explores the idea of using both PS microbeads as support of immunoassay and magnetic properties of SPM microbeads in order to perform a magnetic sorting of PS microbeads. We have developped this technology in 3 different technological steps. First, biofunctionnalization is used to link allergens and antibodies onto the surface of microbeads intended to react with serum patient. Then, the magnetic sorting has been developped to isolate PS microbeads depending on the presence / absence of IgE antibodies onto their surface. The efficiency of such a process is proportional to IgE quantity per microbeads. Finally, a self-assembly process of microbeads called « gravitational assembly » has been developped by studying sedimentation and capillary phenomenon. It has been shown that this complementary technology to the capillary assembly technology extend the scope of assembly to dense system of colloidal suspension. I addition, this technology reaches a detection limit of 2 microbeads per ml.Clinical trials have been succesfully performed from serum patient allergic to peanut, hazelnut or shrimp. The process time, detection limit and dynamic range of the detection system have been studied and optimized. The proof of concept of IgE antibodies detection have been presented and points the way towards the multiplex diagnosis of allergies.

Nous avons étudié théoriquement et expérimentalement la formation de réseaux en relief sur des surfaces active ou passive, avec deux types de polymères photosensibles : résine photosensible négative et copolymère azobenzene. Le mécanisme de formation des structures est attribué à l'effet de transport de masse, qui déplace la matière dans des directions opposées dans ces deux matériaux. La technique de fabrication est basée sur l'utilisation de la lithographie par interférence, ce qui a permis de créer des structures grandes et uniformes. Dans le premier cas, des structures passives de surface en relief en 1D et 2D ont été créés sur la résine photosensible négative SU8 grâce à l'effet de rétrécissement durant le processus de réticulation. Dans le second cas, des structures périodiques actives en 1D, 2D et 3D ont été obtenues grâce à la migration des matériaux copolymères DR1/PMMA des régions de forte intensité d’irradiation à celles de faible intensité. L'amplitude de modulation de la structure est optimisée par le contrôle de l'épaisseur du film, de la périodicité de la structure, de la dose d'exposition, et des polarisations des faisceaux laser. Les applications de ces structures pour des lasers DFB à multiples longueurs d'onde, les cristaux photoniques non-Linéaires, et le couplage dans les guides d'ondes ont été discutés. / We have theoretically and experimentally investigated the formation of both active and passive surface relief gratings on two kinds of photosensitive polymers: negative photoresist and azobenzene copolymer. The common mechanism of the structures formation was attributed to mass transport effect, which however pushes the materials in opposite directions in these two materials. The fabrication technique is based on the use of interference lithography, which allowed to create large and uniform structures. In the first case, 1D and 2D passive periodic surface relief structures were created on the negative photoresist SU8 thanks to the shrinkage effect during the crosslinking process. In the second case, 1D, 2D and 3D active periodic structures have been obtained thanks to the movement of DR1/PMMA copolymer materials from regions of high intensity to those of low intensity irradiation. The modulation amplitude of structures is optimized by controlling the film thickness, the structure periodicity, the exposure dosage, and the polarizations of interference laser beams. Applications of these structures for multiple wavelength DFB laser, nonlinear photonic crystals, and waveguide coupling have been discussed.

Cette thèse présente les résultats théoriques et expérimentaux de l’interaction entre une onde plane et une monocouche de particules sub-microniques sphériques/non sphériques transparentes au champ optique. Un renforcement local du champ optique sous la particule peut être observé, menant à la formation d’une concentration d’énergie appelée «nanojet photonique». Une étude théorique de la répartition du champ électromagnétique sous les microparticules et le choix des conditions optimales, nous a permis d’exploiter ce nanojet comme un outil de micro-nano-structuration. Dans le cadre de cette thèse, une structuration périodique 2D d’un matériau photosensible à base de TiO2 déposé sur divers substrats a été effectuée par la technique de photolithographie colloïdale. En utilisant ce matériau, cette approche permet en une seule étape de conduire à une couche fonctionnelle, stable mécaniquement et chimiquement. Enfin, cette thèse présente quelques pistes d’exploitation et de perspectives de l’utilisation du phénomène de concentration d’une onde incidente par les microparticules. Plus précisément, cette microstructuration peut être utilisée pour des fonctions de piégeage optique, pour de la croissance localisée de matériaux fonctionnels ou encore pour augmenter l’activité de photocatalyse de couches actives / This PhD thesis presents the theoretical and experimental results of the interaction between a plane wave and a monolayer of spherical / non-spherical submicron particles that are transparent to the optical field. Local amplification of the optical field under the particle can be observed. This amplification of electromagnetic field is called "photonic nanojet". A theoretical study of nanojet under the microparticles and the choice of optimal conditions, allowed us to exploit this nanojet as a micro-nano-structuring tool. A 2D periodic structuring of a TiO2-based photosensitive material deposited on various substrates was carried out by the colloidal photolithography technique. By using this TiO2-based photosensitive material, this approach makes possible in a single step to produce a functional layer. Finally, this thesis presents some opportunities to exploit the phenomenon of concentration of an incident wave by the microparticles. More precisely, this microstructuration can be used for optical trapping functions, for the localized growth of functional materials or for increasing the photocatalytic activity of active layers

La lithographie est une étape clé de micro/nanotechnologie pour la fabrication de composants utilisés dans les domaines de la microéléctronique, de l’électronique flexible, de la photonique, du photovoltaïque, de la microfluidique... Cette étape de lithographie nécessite l’utilisation d’une résine inscriptible servant de masque temporaire permettant le transfert de motifs dans le matériau sous-jacent par gravure ou par déposition de nouveaux matériaux. La lithographie fait appel à des résines organiques mais aussi à des solvants organiques et des produits chimiques corrosifs et nocifs, ce qui va à l’encontre des problématiques environnementales et qui engendre des coûts supplémentaires liés à la gestion des risques et des déchets. De plus le contexte réglementaire (REACh ou US pollution act) évolue vers une plus grande protection de l’environnement et de la santé humaine et encourage l’utilisation de produits alternatifs. Dans ce contexte, mon projet de thèse visait à développer une résine biosourcée, non modifiée par des procédés de chimie de synthèse et développable dans l’eau. Cette résine devait être compatible avec les instruments de lithographies conventionnelles. Lors de ce travail, il a été démontré que le chitosane était une résine de tonalité positive permettant la réalisation d’un procédé complet de lithographie/gravure avec uniquement de l’eau comme solvant, sans modification du chitosane et sans l’utilisation de masque additionnel. Des motifs de 50 nm ont été obtenu dans la silice après lithographie électronique et gravure plasma et des motifs de 0.5 à 0.3 μm après photolithographie et gravure. / . Lithography is a key step in micro / nanotechnology with applications in the fields of microelectronics, flexible electronics, photonics, photovoltaics, microfluidics and biomedical. This lithography step requires the use of a writable resist to act as a temporary mask for transferring patterns in the underlying material by etching or deposition. Nowadays, lithography uses synthetic organic resin, organic solvents and hazardous chemicals which is contrary to environmental issues and generates additional costs associated with risk and waste management. Furthermore, regulation rules (REACh, US pollution act) tend to move toward the protection of human health and the environment from the risks that can be posed by chemicals and promote alternative chemicals. In this context, this PhD work aimed at replacing conventional synthetic organic resist with a biopolymer. This biopolymer will not be modified by synthetic organic chemistry, will be compatible with conventional lithography instruments and it should be developable in water. It was demonstrated that chitosan was a positive tone resist allowing accomplishing a complete lithography-etching process. The whole process was performed in aqueous solution without the use of hazardous chemicals. 50 nm features were obtained after ebeam lithography/plasma etching into a silica layer without the use of an additional masking layer. 0.3-0.5 μm feature were obtained using photolithography.