Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Universiẗat, Diss., 2002--Mainz.

Techn. Hochsch., Diss., 2001--Aachen.

This work presents a new approach of fabricating arrays of electrodes, separated by sub-micrometer gaps allowing the systematic investigation of electric properties of organic semiconductors. The laterally stacked devices are fabricated by using a trench isolation technique for separating different electrical potentials, as it is known for micromachining technologies like Single Crystal Reactive Ion Etching and Metallization (SCREAM). The essential part of this process is the patterning of sub-micrometer trenches onto the silicon substrate in a single lithographic step. Afterwards, the trenches are refilled by SiO2 to allow the precise tuning of the electrode separation gap. The metal electrodes are formed via magnetron sputtering. This technological approach allows us to fabricate device structures with a transport channel length in the range of 100-250 nm by conventional photolithography. In this experiment, three different metals like Au, Co, and Ni were used as the electrode materials, while copper phthalocyanine, being deposited by thermal evaporation in high vacuum, was employed as the organic semiconductor under evaluation. The final aim has been study of spin transport through the organic channel in varied geometry.

L'objectif principal de ce travail de thèse a été de développer un montage de lithographie à 193 nm (Deep-UV, DUV), avec comme but d'obtenir des nanostructures de période l 00 nm sur des surfaces relativement importantes (cm2) dans différents matériaux organiques. Ainsi, une partie importante de cette thèse a consisté à mettre en place un interféromètre achromatique pour le DUV, ainsi que les méthodes d'analyse des échantillons aux différentes échelles. Le premier chapitre a pour but d'énoncer les enjeux et techniques de nanofabrication en comparant notamment les deux grandes approches dites « top-down » et « bottom-up ». Dans ce chapitre, une part importante est donnée aux techniques lithographiques dans lesquelles s'inscrit la technique utilisée ici. Le deuxième chapitre décrit les techniques utilisées, pour la nanofabrication (photolithographie interférentielle DUV) et les méthodes de caractérisation. Le troisième chapitre expose les résultats obtenus au sujet de résines positives, dites « à amplification chimique », formulées à partir des nouveaux polymères, et destinées à des applications en microélectronique. Le quatrième chapitre décrit les résultats obtenus en photolithographie DUV de polymères déposés par voie plasma. Il se présente sous la forme d'une compilation de 4 articles précédés d'une introduction pour expliquer les enjeux de cette démarche.Enfin, le cinquième chapitre constitue une ouverture vers une nouvelle technique de nanofabrication qui s'appuie sur la photolithographie 193 nm. Il s'agit d'utiliser une approche hybride de nanofabrication qui repose sur l'auto­organisation de films de copolymères dibloc dans des espaces nanoconfinés. / The main objective of this thesis was to develop a montage of lithography at 193 nm (Deep UV, DUV), to obtain nanostructures with a period of 100 nm on large surfaces (cm2) in different organic materials. Thus, an important part of this thesis was to establish an achromatic interferometer for the DUV, as well as methods for analyzing samples at different scales.

This work presents a new approach of fabricating arrays of electrodes, separated by sub-micrometer gaps allowing the systematic investigation of electric properties of organic semiconductors. The laterally stacked devices are fabricated by using a trench isolation technique for separating different electrical potentials, as it is known for micromachining technologies like Single Crystal Reactive Ion Etching and Metallization (SCREAM). The essential part of this process is the patterning of sub-micrometer trenches onto the silicon substrate in a single lithographic step. Afterwards, the trenches are refilled by SiO2 to allow the precise tuning of the electrode separation gap. The metal electrodes are formed via magnetron sputtering. This technological approach allows us to fabricate device structures with a transport channel length in the range of 100-250 nm by conventional photolithography. In this experiment, three different metals like Au, Co, and Ni were used as the electrode materials, while copper phthalocyanine, being deposited by thermal evaporation in high vacuum, was employed as the organic semiconductor under evaluation. The final aim has been study of spin transport through the organic channel in varied geometry.

Le champ biomédical n’a pas échappé à l’évolution de la technologie, elle cherche aussi à intégrer plusieurs fonctions dans un espace restreint. Un des points forts du développement est la massification de points de service, afin d'obtenir un diagnostic rapide des maladies. Le diagnostique aux premières étapes de son évolution permettra réduire considérablement les coûts associés aux traitements des patients. Le présent document exprimera une alternative à l'évolution de la technologie des biocapteurs qui sont basés sur le phénomène optique appelé résonance par plasmons de surface. Ce projet de recherche vise l’étude de l’intégration monolithique des deux tiers des composants principaux qui conforment normalement à ce type de biocapteurs optiques. Tandis que d'autres projets de recherche ont centré leurs travaux sur l’intégration de la surface de réaction et le détecteur, notre travail a pris en compte l’intégration de la source de lumière et la surface de réaction biologique. Deux types de sources ont été employés au moment de faire la conception, l’étude de matériaux, la fabrication et la caractérisation de la performance de notre dispositif. La première source a employé des puits quantiques à l’intérieur d’une gaufre de GaAs qui nécessitait un pompage optique pour son fonctionnement. La deuxième source a eu une gaufre commerciale employée pour la fabrication des diodes d’émission lumineuse verticale, qui a dû être excitée par un courant électrique. On a découvert que les deux types de sources sont complémentaires. La source avec des puits quantiques a démontré une amélioration de la performance en comparaison à notre système commercial de référence. La deuxième source a démontré la faisabilité d’intégration monolithique en permettant se rapprocher à la fabrication d’un prototype commercial. La porte reste donc ouverte pour la poursuite du développement de cette technologie en cherchant un nouveau système employant ces deux sources, mais usant de meilleures caractéristiques.

L’objectif de ce travail est la réalisation de nouveaux microactionneurs à base depolymère conducteur électronique pouvant être envisagés pour une application denanodrone à ailes battantes.Deux réseaux interpénétrés de polymères (RIPs) POE/PTHF (poly(oxyded’éthylène)/polytétrahydrofurane) et POE/NBR (poly(oxyde d’éthylène/Nitrile Butadiene Rubber) ont été synthétisés et caractérisés. Par le contrôle de la synthèse de ces RIPs,une co-continuité de phase des deux réseaux partenaires a pu être obtenue. Ce travail a ainsi permis l’obtention de matériaux combinant les propriétés propres de chaque réseau, une bonne conductivité ionique (POE) et de bonnes propriétés mécaniques (PTHF et NBR). Les propriétés mécaniques du matériau ont permis de réaliser des matériaux polymères support d’électrolyte manipulables avec des épaisseurs inférieures à 10 μm.Des RIPs conducteurs ont pu être élaborés à partir de ces matériaux en incorporant le polymère conducteur électronique (poly(3,4-éthylènedioxythiophène) - PEDOT), par une dispersion non homogène à partir de la surface vers l’intérieur du film. Après incorporation d’un liquide ionique (le 1-éthyl-3-méthylimidazolium bis-(trifluorométhylsulfonyl)imide ou EMImTFSI), ces matériaux électroactifs ont été caractérisés et ont montré qu’ils pouvaient actionner à des fréquences élevées (100Hz) par rapport aux autres dispositifs de ce type.La mise en forme micrométrique de ces matériaux a ensuite été réalisée par un procédé propre aux microsystèmes. Les techniques de photolithographie et de gravure ionique réactive ont été adaptées et étudiées pour l’élaboration de ces microactionneurs. Un mécanisme de dégradation chimique du matériau a été proposé afin d’expliquer l’étape de gravure. Enfin, la caractérisation des microactionneurs a ensuite aussi été réalisée.La force développée par ces microactionneurs est de l’ordre du μN et le pourcentage de déformation est de 1,8 %. / The aim of this work is the realization of new microactuators based on electronicconducting polymer (ECP) for a flapping wing nano-aerial vehicle.Two Interpenetrating Polymer Networks (IPNs) PEO/PTHF(polyethyleneoxide/polytetrahydrofurane) and PEO/NBR (polyethyleneoxide/NitrileButadiene Rubber) were synthesized and characterized. By controlling the synthesis of these IPNs, a phase co-continuity of the two networks could be obtained. This work has enabled the production of materials combining the specific properties of each network, good ionic conductivity (PEO) and good mechanical properties (PTHF and NBR). The mechanical properties of the material allowed the synthesis of solid polymer electrolyte materials that can be elaborated and manipulated with thicknesses below 10 microns.The conducting IPNs are synthesized from previous IPNs in which the conductingpolymer (poly(3,4-ethylenedioxythiophene)), PEDOT, is non homogeneously dispersed i.e. the content decreases from the outside towards the center of the film.After incorporation of an ionic liquid (1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl) imide or EMImTFSI), these electroactive materials werecharacterized and showed their capacity to operate at frequency high frequency (100 Hz) compared to others systems in literature.The micrometer shaping of these materials was then carried out by processes specific to microsystems. Photolithography techniques and Reactive Ion Etching (RIE) have been adapted and designed for the development of microactuators. A chemical degradation mechanism of the material has been proposed to explain the etching step. Finally, the characterization of microactuators have been carried out. The force developed by these microactuators is in the range of N and the bending strain has reached 1.8%.

Au laboratoire, cette thèse fait suite à des modélisations sur des fonctions passives intégrées optiques à base de micro-résonateurs en anneaux. Pour les réaliser, une étude de toutes les étapes de réalisation de circuits en polymère a été effectuée. Les objectifs sont l'obtention de guides arêtes, ridge monomodes avec des performances acceptables et la miniaturisation de fonctions avec les matériaux et technologies envisageables au CCLO. Des points bloquants ont été identifiés au départ, tels que le manque d'adhérence entre matériaux, les incompatibilités technologiques et optiques entre polymères, les phénomènes liés au procédé occasionnant des pertes optiques excessives. Après un état de l'art sur les polymères pour guides d'ondes optiques, le manuscrit présente les travaux spécifiques sur le choix des matériaux et l'évaluation de l'adhérence de polymères amorphes sur les substrats envisagés, ainsi que la qualité et la reproductibilité des dépôts et leur gravure sèche par plasma. L'analyse de l'apparition de défauts de surface des films et " ridge " ainsi que les solutions trouvées pour les éliminer, sont plus particulièrement développés. L'adaptation de la photolithographie classique en UV proche est détaillée pour atteindre des tailles de motifs submicroniques. Les résultats des méthodes d'analyse entreprises pour discriminer les différents facteurs de pertes optiques en propagation sont discutés. Enfin, les réalisations de guides monomodes à base de polymères méthacryliques pour le coeur ainsi que les premières structures de filtres et multiplexeurs en micro-résonateurs intégrés en anneaux et à faible intervalle spectral libre (1-3nm) sont présentées et analysées.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Électronique : Lille 1 : 2006. / N° d'ordre (Lille 1) : 3880. Résumé. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. à la suite de chaque chapitre.