The objective of this thesis was to investigate and characterize the interaction between blood proteins and different surfaces with emphasis on protein adsorption to bioceramics and model surfaces. Special effort was made to monitor the spontaneous and selective adsorption of proteins from human plasma and to examine the orientation, conformation and functional behavior of single proteins after adsorption. Five different ceramic biomaterials: alumina (Al2O3), zirconia (ZrO2), hydroxyapatite (Ca10(PO4)6(OH)2) and two glass-ceramics, AP40 (SiO2-CaO-Na2O-P2O5-MgO-K2O-CaF2) and RKKP (AP40 with Ta2O3-La2O3), were exposed to human plasma and their protein binding capacities and affinities for specific proteins were studied by chromatography, protein assays, two-dimensional gel electrophoresis and Western blotting. The studies showed that all materials adsorbed approximately the same high amount of plasma proteins and that they therefore should be fully covered by proteins in an in vivo setting. The adsorbed proteins were different for most materials which could explain their previously observed different levels of tissue integration in vivo. Four of the proteins that behaved differently, ceruloplasmin, prothrombin, α2-HS-glycoprotein and α1-antichymotrypsin, were selected for characterization with atomic force microscopy and ellipsometry. The studies, which were performed on ultraflat silicon wafers (silica), showed that the proteins oriented themselves with their long axis parallel to the surface or as in case of ceruloplasmin with one of its larger sides towards the surface. All of them had globular shapes but other conformational details were not resolved. Furthermore, prothrombin (none of the others) formed multilayers at high proteins concentrations. The functional behaviour of the adsorbed proteins, referring to their cell binding and cell spreading capacity on silica and a positive cell adhesion reference surface (Thermanox®), was affected by the underlying substrate. Ceruloplasmin, α2-HS-glycoprotein and α1-antichymotrypsin stimulated cell attachment to silica, but suppressed attachment to Thermanox®. Prothrombin stimulated cell attachment to both surfaces. The attachment was in most cases mediated both by cell membrane-receptors (integrins) and by non-specific interactions between the cell and the material. This thesis showed that the compositional mixture, orientation, conformation and functional behavior of the adsorbed proteins are determined by the properties of the underlying surface and if these parameters are controlled very different cellular responses can be induced.

This dissertation focuses on high-performance LC-tank CMOS VCO design at 2 GHz. The high-Q inductors are realized using wiring metal lines in advanced packages. Those inductors are used in the resonator of the VCO to achieve low phase noise, low power consumption, and a wide frequency tuning range. In this dissertation, a fine-pitch ball-grid array (FBGA) package, a multichip module (MCM)-L package, and a wafer-level package (WLP) are incorporated to realize the high-Q inductor. The Q-factors of inductors embedded in packages are compared to those of inductors monolithically integrated on Si and GaAs substrates. All the inductors are modeled with a physical, simple, equivalent two-port model for the VCO design as well as for phase noise analysis. The losses in an LC-tank are analyzed from the phase noise perspective. For the implementation of VCOs, the effects of the interconnection between the embedded inductor and the VCO circuit are investigated. The VCO using the on-chip inductors is designed as a reference. The performance of VCOs using the embedded inductor in a FBGA and a WLP is compared with that of a VCO using the on-chip inductor. The VCO design is optimized from the high-Q perspective to enhance performance. Through this optimization, less phase noise, lower power consumption, and a wider frequency tuning range are obtained simultaneously.

L'imagerie multispectrale permet d'améliorer la détection et la reconnaissance de cibles dans les applications de surveillance. Elle consiste à analyser des images de la même scène acquises simultanément dans plusieurs bandes spectrales grâce à un filtrage. Cette thèse étudie la possibilité de réaliser une matrice de 4 filtres Fabry Pérot (FP) intégrés 3D et ajustables par actionnement électrostatique dans le domaine visible-proche infrarouge. Les miroirs fixes des filtres FP sont des multicouches ZnS/YF₃ déposés sur un wafer de borosilicate, et les miroirs mobiles sont des membranes multicouches PECVD SiNH/SiOH encastrées sur une structure mobile très compacte micro-usinée dans un wafer en silicium. Les performances optiques des filtres FP ont été optimisées en prenant en compte la dissymétrie et le déphasage à la réflexion des miroirs. La structure mobile a été modélisée par éléments finis pour minimiser ses déformations lors de l'actionnement. Les étapes critiques des procédés de fabrication des miroirs mobiles en technologie Si ou SOI ont été mises au point : i) la fabrication et la libération par gravures profondes DRIE et XeF₂ des membranes multicouches avec une contrainte résiduelle ajustée par recuit et une réflectance voisine de 50% dans une large gamme spectrale, ii) le contrôle des vitesse de la gravure DRIE avec des motifs temporaires permettant la gravure simultanée de motifs de largeur et de profondeur variables, et iii) la délimitation de motifs sur surfaces fortement structurées à l'aide de pochoirs alignés mécaniquement ou de films secs photosensibles. Ces travaux ouvrent la voie vers une réalisation complète d'une matrice de filtres FP intégrés 3D.

Ce travail de thèse a été réalisé, dans le cadre de la convention CIFRE 1538/2010, au sein d'adixen Vacuum Products (aVP) à Annecy (France). Il a été en partie financé par le projet S.P.A.M. (Surface Physics for Advanced Manufacturing). Il s'agit d'un projet ITN financé par le programme Pierre et Marie Curie de la Communauté Européenne rassemblant des partenaires universitaires et industriels dont aVP. L'objectif de ce programme était de contribuer à l'étude et au développement de la lithographie et en particulier la lithographie à ultraviolet extrême (EUVL). Ce travail porte sur la problématique de la contamination moléculaire dans l'industrie des semi-conducteurs ainsi que les besoins de maitrise de contamination pour la photolithographie EUVL. Pour ce faire, des modèles mathématiques de sorption ont été recherchés, testés et validés à l'aide d'une microbalance à quartz (QCM). Cette technique, possédant une très haute sensibilité (au niveau du ng), permet d'étudier les phénomènes de sorption relatifs à tout matériau déposable sur un cristal de quartz mis au contact de différents gaz dont la pression partielle est maitrisée. Par conséquent, le protocole détaillé dans cette thèse peut être utilisé pour d'autres types d'expériences dans toute discipline nécessitant une telle précision. Le déroulement de notre plan d'expérience comprend deux types de matériaux naturellement différents : un polymère (PCBA) d'une part et deux substrats métalliques (SS AISI 304 et CuC1) d'autre part pour lesquels le transfert de masse n'intervient pas de la même manière. Les gaz d'étude ont été sélectionnés pour leur intérêt dans l'industrie des semi-conducteurs (vapeur d'eau, HF). Le résultat de l'interaction des gaz d'étude avec les substrats ciblés est suivi en direct par la QCM, ce qui permet non seulement de valider et/ou améliorer les modèles mathématiques déjà disponibles dans la bibliographie mais aussi de les ajuster aux données obtenues expérimentalement. Nous pouvons ainsi non seulement prévoir le comportement des contaminants à l'équilibre (isothermes) et à l'état transitoire mais aussi réaliser des estimations de sorption à des températures autres que celles retenues pour notre plan d'expérience / This thesis was carried out within the framework of the CIFRE 1538/2010 convention at adixen Vacuum Products (aVP) in Annecy (France). It is has been partly funded by the ITN project SPAM (Surface Physics for Advanced Manufacturing). SPAM is an ITN project funded by the Pierre and Marie Curie program of the European Community bringing together academic institutions and industrial partners including aVP. The objective of this program was to contribute to the study and development of lithography and extreme ultraviolet lithography (EUVL). This work deals with the issues caused by the airborne molecular contamination (AMC) in the semiconductor industry and their control needs in EUVL and the current photolithography. In order to tackle the problem, sorption mathematical models have been investigated and validated using a quartz crystal microbalance (QCM). This technique, which confers a high sensitivity (ng level), allows the study of the sorption phenomena related to any deposable material onto a quartz crystal in contact with different gases whose concentrations are accurately controlled. Consequently, the protocol detailed in this thesis may be used for other types of experiments in any discipline requiring such precision. The conduct of our experimental plan includes two types of naturally different materials: a polymer (PCBA) on the one hand and two metallic substrates (stainless steel AISI 304 and CuC1) on the other hand, for which the matter transfer does not occur in the same manner. Studied gases were selected for their interest in the semiconductor industry (water vapor, HF). The resulting interaction between the studied gases and the targeted substrates is continuously followed by the QCM, which allows not only to validate the mathematical models already proposed by the literature but also to fit the experimentally obtained data. This enables us not only to predict the behavior of the AMC at equilibrium (isotherms) and the transient state but also to provide sorption estimations at temperatures other than those specified in our experimental plan

Les travaux dans cette thèse ont pour objectif la synthèse de catalyseurs (nanoparticules de cuivre) de taille contrôlée pour la synthèse de nanofils de silicium dans des conditions compatibles CMOS, c'est-à-dire en évitant l'utilisation de l'or comme catalyseur et pour des croissances basse température (<450°C). Les résultats obtenus ont permis de montrer que les techniques de chimie de surface classiquement utilisées pour la préparation de catalyseurs sur des supports 3D (silice, nitrure de titane…) sont directement applicables et transférables sur des supports 2D (wafer de silicium recouvert de films fins de SiO2, SiOx et TiN). Nous avons par exemple pu préparer des nanoparticules de cuivre de taille contrôlée (de 3 nm à 40 nm de diamètre moyen suivant les conditions expérimentales et supports). De plus, les mécanismes de formation des nanoparticules en fonction des propriétés de surface des matériaux étudiés ont été démontrés en combinant diverses techniques d'analyses de surface. La croissance de nanofils de silicium à partir de ces catalyseurs sur substrats 2D a également été réalisée avec succès dans des procédés à basse température. Il a notamment été montré l'existence d'un diamètre minimum critique à partir de laquelle la croissance basse température était possible / The work presented in this PhD thesis aimed at the preparation of copper nanoparticles of controllable size and their utilization as catalysts for the growth of silicon nanowires in a process compatible with standard CMOS technology and at low temperature (< 450°C). The growth of silicon nanowires by Chemical Vapor Deposition (CVD) via the catalytic decomposition of a silicon precursor on metallic nanoparticles at low temperature (Vapor Solid-Solid process) was demonstrated to be possible from an oxidized Cu thin film. However, this process does not allow the control over nanowires diameter, which is controlled by the diameter of the nanoparticle of catalyst. In this PhD is presented a fully bottom-up approach to prepare copper nanoparticles of controllable size directly on a surface without the help of external stabilizer by mean of surface organometallic chemistry. First, the preparation of copper nanoparticles is demonstrated on 3D substrates (silica and titanium nitride nanoparticles), along with the fine comprehension of the formation mechanism of the nanoparticles as a function of the surface properties. Then, this methodology is transferred to planar (2D) substrates typically used in microelectronics (silicon wafers). Surface structure is demonstrated to direct the Cu nanoparticles diameter between 3 to 40 nm. The similarities between the 2D and 3D substrates are discussed. Finally, the activity of the Copper nanoparticles in the growth of Silicon nanowire is presented and it is demonstrated that in our conditions a critical diameter may exist above which the growth occurs

Deionised-ozonated water, so-called DIO3 appears to be an ideal alternative for usage in semiconductor industry. The utilisation of DIO3 for removal of photoresist from silicon wafers is faster, cheaper, and more environmental-friendly compared to classical technology based on mixture of sulphuric acid with hydrogen peroxide, so-called SPM. The diploma thesis deals firstly with research into ozone and ozonated water and their possible applications. Next sections describe two prototypes of generators for DIO3, that were assembled in CSVG a.s. Testing of parameters for generators on dissolved-ozone concentration is also a part of this thesis. Moreover, thesis involves tests, that were carrier out in ON Semiconductor in Rožnov pod Radhoštěm. These tests compare efficiency of cleaning by classical technology based on SPM and DIO3 approach.

Cette thèse est consacrée à la caractérisation et la modélisation du transport électronique dans des matériaux et dispositifs SOI avancés pour la microélectronique. Tous les matériaux innovants étudiés(ex: SOI fortement dopé, plaques obtenues par collage etc.) et les dispositifs SOI sont des solutions possibles aux défis technologiques liés à la réduction de taille et à l'intégration. Dans ce contexte,l'extraction des paramètres électriques clés, comme la mobilité, la tension de seuil et les courants de fuite est importante. Tout d'abord, la caractérisation classique pseudo-MOSFET a été étendue aux plaques SOI fortement dopées et un modèle adapté pour l'extraction de paramètres a été proposé. Nous avons également développé une méthode électrique pour estimer la qualité de l'interface de collage pour des plaquettes métalliques. Nous avons montré l'effet bipolaire parasite dans des MOSFET SOI totalement désertés. Il est induit par l’effet tunnel bande-à-bande et peut être entièrement supprimé par une polarisation arrière. Sur cette base, une nouvelle méthode a été développée pour extraire le gain bipolaire. Enfin, nous avons étudié l'effet de couplage dans le FinFET SOI double grille, en mode d’inversion. Un modèle analytique a été proposé et a été ensuite adapté aux FinFETs sans jonction(junctionless). Nous avons mis au point un modèle compact pour le profil des porteurs et des techniques d’extraction de paramètres. / This thesis is dedicated to the electrical characterization and transport modeling in advanced SOImaterials and devices for ultimate micro-nano-electronics. SOI technology is an efficient solution tothe technical challenges facing further downscaling and integration. Our goal was to developappropriate characterization methods and determine the key parameters. Firstly, the conventionalpseudo-MOSFET characterization was extended to heavily-doped SOI wafers and an adapted modelfor parameters extraction was proposed. We developed a nondestructive electrical method to estimatethe quality of bonding interface in metal-bonded wafers for 3D integration. In ultra-thin fully-depletedSOI MOSFETs, we evidenced the parasitic bipolar effect induced by band-to-band tunneling, andproposed new methods to extract the bipolar gain. We investigated multiple-gate transistors byfocusing on the coupling effect in inversion-mode vertical double-gate SOI FinFETs. An analyticalmodel was proposed and subsequently adapted to the full depletion region of junctionless SOI FinFETs.We also proposed a compact model of carrier profile and adequate parameter extraction techniques forjunctionless nanowires.

<p> Over the past decade, the development of surface-initiated living polymerization methods has brought a breakthrough to surface modification owing to their control ability. Surface-initiated atom transfer radical polymerization (si-ATRP), as the most popular one, has been widely employed to give novel polymer structures and functionalities to various surfaces for the purposes of tailoring surface properties, introducing new functions, or preparing so-called "smart surfaces", which can respond to external stimuli such as solvent type, pH, temperature, electric and magnetic fields etc. In this thesis, the mechanistic study of the si-ATRP was first carried out through modeling to gain good understanding of si-ATRP. Si-ATRP was then employed to prepare different types of polymer brushes to produce "smart surfaces". </p> <p> The kinetic model was developed using the method of moment. Combined with experimental data, a quantitative analysis was carried out for the si-ATRP mechanism. All information of grafted polymer chains, including active chain concentration, radical concentration, chain length, polydispersity, was illustrated. A new radical termination mechanism, termed as migration-termination, was proposed for si-ATRP. </p> <p> Si-ATRP was then employed to graft poly(oligo(ethylene glycol) methacrylate) (POEGMA) block poly(methyl methacrylate) (PMMA) brushes on silicon wafer surfaces. Simple solvent treatment gave nanoscale patterns via the phase segregation of POEGMA and PMMA segments. Various patterns including spherical aggregates, wormlike aggregates, stripe patterns, perforated layers and complete overlayers, were obtained by adjusting the upper block layer thickness. Furthermore, these nanopatterns had a unique stimuli-responsive property, i.e., switching between different morphologies reversibly after being treated with selective solvents. </p> <p> POEGMA-block-poly(2-(methacryloyloxy)ethyl trimethylammonium chloride) (PMETAC) brushes, having two hydrophilic segments, were synthesized by si-ATRP method. A variety of nanopatterns and their stimuli-responsive ability were observed. The adsorption behaviors of fibrinogen on these patterns were thoroughly studied by ellipsometry, water contact angel measurement, AFM and radio labelling method. </p> <p> A novel thermo-responsive copolymer, poly(2-(2-methoxyethoxy)ethyl methacrylate -co-oligo(ethylene glycol) methacrylate) (P(ME02MA-co-OEGMA)), was also grafted onto silicon wafers. Its thermo-responsive behavior and chain conformation in aqueous solution were studied by neutron reflectometry (NR). Both extended and collapsed brushes exhibited good protein adsorption resistance. </p> / Thesis / Doctor of Philosophy (PhD)

Ce travail combine l'électrochimie à l'interface liquide - liquide avec le procédé sol - gel pour la modification interfaciale avec de la silice mésoporeuse. Dans la première partie de ce travail, l’interface liquide – liquide macroscopique a été utilisée pour séparer la solution aqueuse de l'espèce de précurseur de silice hydrolysées (tétraéthoxysilane (TEOS)) de l'agent tensioactif cationique (cethyltrimethylammonium (CTA+) qui a agi comme un template et a été dissous dans le dichloroéthane. Le dépôt de matériau de silice a été déclenchée par le transfert du CTA+ à partir de la phase organique vers la phase aqueuse. CTA+ qui a transféré à la phase aqueuse a catalysé la réaction de condensation de la silice sur l’interface liquide – liquide. Le dépôt de silice à des interfaces liquide – liquide miniaturisées était la deuxième partie de ce travail. Les dépôts stables sur le côté de l'interface ont été synthétisés in situ par voie électrochimique. La stabilité mécanique des dépôts de silice permis un traitement thermique de la silice. Basé sur les techniques d’imagerie (par exemple SEM) il a été constaté que les dépôts forment des hémisphères pour des temps plus long. La réaction interfaciale a également été suivie in situ par spectroscopie Raman confocale. Caractéristiques moléculaires de l'interface ont été modifiées de manière spectaculaire une fois les espèces CTA+ ont été transférés à la phase aqueuse. Les interfaces liquide – liquide miniaturisés et modifiés ont également été évaluée avec le transfert voltampérométrique / This work combines the electrochemistry at the interface between two immiscible electrolyte solutions (ITIES) with the Sol – Gel process of silica leading to an interfacial modification with mesoporous silica using soft template. In the first part of this work the macroscopic liquid – liquid interface was employed to separate the aqueous solution of the hydrolyzed silica precursor species (tetraethoxysilane (TEOS)) from the cationic surfactant (cethyltrimethylammonium (CTA+)) dissolved in the dichloroethane. The silica material deposition was controlled by the electrochemical CTA+ transfer from the organic to the aqueous phase. Template transferred to the aqueous phase catalyzed the condensation reaction and self-assembly resulting in silica deposition at the interface. Silica deposition at the miniaturized ITIES (membranes supporting array of micrometer in diameter pores were used in this regard) was the second part of this work. Silica interfacial synthesis performed in situ resulted in stable deposits growing on the aqueous side of the interface. Mechanical stability of the supported silica deposits allowed further processing – silica material was cured. Based on imaginary techniques (e.g. SEM) it was found that deposits forms hemispheres for longer experimental time scales. Interfacial reaction was also followed with in situ confocal Raman spectroscopy. Molecular characteristics of the interface were changed dramatically once CTA+ species were transferred to the aqueous phase. Array of microITIES modified with silica was also assessed by ion transfer voltammetry