Le domaine des nanofils semi-conducteurs est en pleine expansion depuis ces dix dernières années grâce à leurs applications dans de nombreux domaines tels que l’électronique ou la conversion d’énergie. Dans cette étude on part d’une base de nanofil de germanium (le canal), on dépose des contacts métalliques qui seront chauffés par effet joule. Une différence de potentiel est alors appliquée au contact d’entrée (la source), le courant électrique est récupéré et mesuré par le contact de sortie (le drain). Une réaction à l’état solide permet aux atomes du métal de diffuser dans le nanofil. La propagation d'une phase métal/semi-conducteur est suivie dans un microscope électronique en transmission (MET) dont la résolution permet une observation à l’échelle atomique au niveau de la source, le drain et le canal. Les dispositifs caractérisés au cours de ce stage ont été élaborés à partir de deux types de membranes, l’une plane et l’autre avec des trous. Chacune d’entre elles sont constituées d’une couche de nitrate de silicium Si3N4 à leurs surfaces présentant l’avantage d’être transparents aux électrons et isolants au courant. / Semiconductor nanowires (NWs) are promising candidates for many device applications ranging from electronics and optoelectronics to energy conversion and spintronics. However, typical NW devices are fabricated using electron beam lithography and therefore source, drain and channel length still depend on the spatial resolution of the lithography. In this work we show fabrication of NW devices in a transmission electron microscope (TEM) where we can obtain atomic resolution on the channel length using in-situ propagation of a metallic phase in the semiconducting NW independent of the lithography resolution. We show results on semiconducting NW devices fabricated on two different electron transparent Si3N4 membranes: a planar membrane and a membrane where devices are suspended over holes. First we show the process of making lithographically defined reliable electrical contacts on individual NWs. Second we show first results on in-situ propagation of a metal-semiconductor phase in Ge NWs by joule heating, while measuring the current through the device. Two different devices are studied: one with platinum metal contacts and one with copper contacts. Different phenomena can occur in CuGe NWs during phase propagation.

Ce travail porte sur le développement d’une technique de structuration de surface pour le silicium. Celle-ci repose sur trois étapes essentielles : la lithographie, l’implantation ionique et le retrait par voie humide. Le motif formé par lithographie est transféré par homothétie dans la couche sous-jacente de silicium grâce à l’implantation ionique. Après le retrait du masque de résine, le substrat est traité par voie humide en vue de retirer des zones localement implantées. Le motif initial défini par la lithographie est ainsi révélé dans le silicium.La compréhension des modifications induites par l’implantation ionique dans le substrat nous a permis de réaliser avec succès un transfert dans le silicium. Nous avons principalement étudié les défauts générés par deux types d’ions : l’argon et l’hydrogène, à travers un certain nombre de techniques de caractérisation. Sur la base de cette étude, les différents traitements humides du silicium ont été investigués : gravure alcaline, gravure acide, dissolution par anodisation. L’optimisation des conditions d’implantation et des paramètres de retrait humide a permis l’obtention de structures 2D puis 3D.La faisabilité de cette technique de structuration a également été démontrée sur d’autres matériaux comme le SiOCH et le nitrure de silicium. / This thesis deals with the development of a patterning process for silicon substrates. Based on ion implantation through a resist pattern to locally modified the underneath layer. Wet etching processes have been developed to reveal the shapes transferred into the silicon substrate. Thanks to morphological, physical and chemical characterizations, modifications induced by ion implantation have been identified and understood.Two ion species (argon and hydrogen) were used in this thesis in order to assess either physical or chemical modifications in silicon substrate. Several wet chemistries: alkaline, acid and dissolution by anodization, were investigated to reveal the final shape. The optimization of the implantation and wet etching processes allowed to obtain 2D and 3D structures with silicon substrate.Moreover, our approach has been successfully implemented to pattern 2D shapes in SiOCH and silicon nitride.

Cette thèse présente des résultats théoriques et expérimentaux portant sur des écoulements à l'échelle nanoscopique de polymères fondus. L'étude analytique et numérique de l'écoulement d'un film de polymère, préalablement nanostructuré par nanoimpression puis recuit au dessus de sa température de transition vitreuse, a permis de dégager différentes dynamiques de nivellement selon la topographie initiale du film. Certaines ont été appliquées à l'élaboration d'éléments optiques par recuit de nanostructures complexes. Une méthode de mesure de la viscosité Newtonienne et du temps terminal de relaxation d'un polymère déposé en film mince a également pu être développée. Enfin, un travail exploratoire portant sur un procédé de nanoimpression sans épaisseur résiduelle par démouillage est présenté. L'accent a porté sur le calcul précis de la pression de disjonction dans un milieu stratifié en utilisant la théorie moderne de Lifshitz basée sur les propriétés optiques des matériaux en interaction. / This thesis presents a theoretical and experimental work on nanoscale flows of polymer melts. Different leveling dynamics emerge from the analytical and numerical study of the reflow of a polymer film that is first nanoimprinted and then annealed above its glass transition temperature, depending on the initial topography of the film. These concepts were applied to the manufacturing of optical devices from the reflow of complex nanostructures. A method to measure the Newtonian viscosity and the terminal relaxation time of a thin polymer film was also developed. Finally, an exploratory work on a residual-layer-free nanoimprint process based on dewetting is presented. Emphasis was put on the accurate computation of the disjoining pressure in stratified media with the modern Lifshitz theory based on the optical properties of the interacting materials.

Orientador: Carlos Alberto Sampaio Barbosa / Banca: José Luis Bendicho Beired / Banca: Célia Reis Camargo / Banca: Maria Ligia Coelho Prado / Banca: Stella Maris Scatena Franco Vilardaga / Resumo: Esta tese procura refletir sobre a coleção Las Mujeres Españolas, Portuguesas y Americanas, publicação composta por três volumes de textos abordando espaços territoriais na Espanha, América e Portugal e por litografias - comercializadas em separado -, produzida no decorrer da década de 1870 na Espanha, e que fez uso da simbologia feminina para representar tais espaços. Essa obra constitui-se, ao mesmo tempo, em fonte e objeto desta pesquisa. Neste estudo, parte-se da hipótese de que essa coleção possui um sentido político e configura-se em produção material que constrói uma representação simbólica das características nacionais espanholas, elaborando um discurso sobre si, perceptível no conjunto de sua concepção, produção e composição. Foi produzida na segunda metade dos oitocentos, sob a raiz do movimento romântico e moldada pela estética costumbrista - gênero que se destacou por descrever tipos sociais, hábitos, costumes e tradições. Sobre a temática feminina, partiu-se do pressuposto de que imagens idealizadas de mulheres foram utilizadas para tocar os imaginários sociais pelo que representavam - amor, submissão, honra, fecundidade, educação, abnegação - e também como símbolos dos novos tipos sociais que surgiam em cena nos espaços nacionais que se configuravam perante as transformações européias. O hispanismo, discurso ideológico pautado nas experiências comuns e espírito espanhol, permeou toda a coleção, e este trabalho sustenta a hipótese de que não só referendou, mas construiu e disseminou esse ideário. Por fim, defendeu-se que tanto a linguagem textual como a iconográfica localizaram e salientaram elementos formadores das sociedades espanholas, revelando origens, tradição, peculiaridades e singularidades desses povos - sob o signo feminino - que remetiam à problemática do caráter nacional espanhol. / Abstract: This proposition tries to disclose on the collection Las Mujeres Españolas, Portuguesas y Americanas, a publication composed by three tomes of texts which discuss the territorial spaces in Spain, America and Portugal and by lithographs - separately sold -, produced in Spain during the 1870 decade, using the feminine symbology to represent those spaces. This work consists of, at the same time, origin and object of this research. This treatise starts with the hypothesis that this collection has a political meaning and happens to have a material production which builds a symbolical representation of the Spanish national characteristics, elaborating a "self-speech" about itself, perceptible on the entirety of its conception, production and composition. It was introduced on the second half of the XVIII century, under the roots of the Romanticism and molded by the costumbrista esthetics - gender that distinguished itself by describing the social models, habits, uses and traditions. From the feminine themes, the treatise starts from the pretext that the use of idealized images of women were used to reach the social imaginary of what they represented - love, submission, honor, fecundity, education, self-denial - and also as symbols of the new social types that emerged in the national spaces that appeared in the face of the European transformations. The hispanism, ideological speech based on the common experiences and on the Spanish spirits, pierced all the collection, and this treatise supports the hypothesis that it not only countersigned, but built and spread this ideas. And, last but not least, defended that both textual language and iconography placed and emphasized the elements which built the Spanish societies, revealing origins, tradition, peculiarities and singularities of this people - under the feminine sign- that alluded to the a set of problems of the Spanish national character. / Doutor

Um estudo refinado dos filmes derivados do gel de pentóxido de vanádio foi realizado por meio de técnicas espectroscópicas e microscópicas visando compreender melhor as características deste material na escala microscópica. Foi demonstrado que o gel de pentóxido de vanádio é uma suspensão de nanopartículas anisotrópicas que se mantêm estáveis mesmo em altas concentrações. As propriedades estruturais e espectroscópicas destas nanopartículas foram revistas e discutidas no estado da arte. Em paralelo foi possível investigar fenômenos como a transição de fase induzida por laser e desenvolver aplicações tecnológicas em áreas como litografia e sensoriamento de gases. Ficou destacada nesta tese o grande potencial de investigação da microscopia Raman confocal na área de nanomateriais. / A refined study of films derived from vanadium pentoxide gel was carried out based on spectroscopic and microscopic techniques, aiming a better understanding of this material on a microscopic scale. It was demonstrated that the vanadium pentoxide gel consists of a suspension of anisotropic nanoparticles which remains stable even at high concentrations. The structural and spectroscopic properties of such nanoparticles were reviewed and discussed, providing new insights at the state of the art. It was also investigated the occurrence of some relevant phenomena, such as the laser induced phase transition, and to develop new technological applications in areas such as gas sensing and lithography. The collection of results described in thesis highlighted a great research potential of confocal Raman microscopy, in the field of nanomaterials.

Afin de développer des capteurs ultrasensibles des substrats fiables pour la diffusion Raman exaltée de surface (SERS) ont été fabriqués. Les deux meilleurs candidats de matériaux constituant les nanoparticules pour des substrats SERS sont l’argent et l’or. L’argent présente un meilleur facteur d’exaltation de l'intensité Raman et l’or est stable dans les milieux biologiques. C’est pourquoi la combinaison de ces deux métaux dans des nanostructures bimétalliques semble être une approche prometteuse qui combine les propriétés de surface de l’or et d’exaltation de l’argent. Le recuit thermique des couches métalliques minces est utilisé comme une technique simple et peu coûteuse. Cette dernière permet d’élaborer des substrats homogènes et reproductibles de nanoparticules bimétalliques or-argent ayant un facteur d’exaltation importante. Ces nanoparticules gardent leurs propriétés d’exaltation même après une année de fabrication. En jouant sur la composition de nanoparticules bimétalliques il est possible d’avoir une résonance de plasmons de surface localisés (LSPR) sur tout le spectre visible. Ces substrats sont caractérisés par une exaltation SERS supérieure lorsque la résonance plasmon est plus proche de la longueur d'onde d'excitation Raman. En outre, les nanoparticules bimétalliques de différentes tailles, compositions ont été réalisés par lithographie électronique. L’étude systématique de leurs propriétés plasmoniques et de leur exaltation SERS a révélé une conservation du lien entre résonance plasmon et signal SERS / Driven by the interest in finding ultrasensitive sensors devices, reliable surface enhanced Raman scattering (SERS) based substrates are fabricated. Silver and gold nanoparticles are two of the best candidates for SERS substrates where Ag nanoparticles exhibit large enhancing ability in Raman intensity while Au nanostructures are stable in biological systems. Hence, combining the two metals in bimetallic nanostructures appeared to be a promising approach in order to sum the merits of Au surface properties and Ag enhancing ability. Thermal annealing of thin metallic films is used as a simple and relatively inexpensive technique to elaborate homogenous and reproducible Ag/Au bimetallic nanoparticles SERS substrates with high enhancing ability. The fabricated nanoparticles proved their enhancing stability even after one year of fabrication. Manipulating the composition of Ag/Au bimetallic NPs resulted in tuning the Localized Surface Plasmon Resonance (LSPR) over the whole visible spectrum, where the substrates are characterized with higher SERS enhancement when they exhibit LSPR closer to the Raman excitation wavelength. Additionally, bimetallic nanoparticles patterns with different size, composition and lattice constants have been conducted by electron beam lithography. The systematic study of their interesting plasmonic and SERS enhancing properties revealed maintenance in the LSPR-SERS relation by changing the nanoparticle size

This thesis studies a scheme to fabricate small-scaled metal structures by electrochemical metal deposition and lift off. The key point is the use of self-assembled monolayers (SAMs) to control both interfacial charge transfer in electrodeposition and adhesion of the deposit to the substrate. Patterned SAMs exhibiting blocking and non-blocking areas are applied as templates in electrochemical deposition of Cu or Au. Thiol SAMs on Au substrates are used, namely alkane thiols and thiols combining an aliphatic chain with a biphenyl or biphenyl analogous pyridine-phenyl moieties. The patterning of SAMs is realised with microcontact printing (μCP) and electron beam lithography. Electrochemical deposition based on defects in the SAMs is optimised towards generating small nanostructures and depending on the system single or stepped potential procedures are applied. Generated metal structures are transferred to an insulator by lift off. Au microstructures (~10 μm) have been made with microcontact printing and transferred onto epoxy glue, which can potentially be used as microelectrodes in electroanalytical chemistry. Sub-100 nm Cu features and sub-40 nm Au features have been created with electron beam lithography respectively. Lift off process has successfully transferred Cu nanostructures onto epoxy glue with high precision. In contrast to the deposition mediated by defects, Cu deposition mediated by discharging Pd²⁺ coordinated to a pyridine terminated SAM directly through the SAM molecules has been explored as a new approach. This new approach has potential to decrease the size of the metal structure further and the preliminary results show possibility of sub-10 nm features. SAMs prepared with a newly synthesised molecule, 3-(4'-(methylthio)-[1,1'-biphenyl]-4-yl)propane-1-thiol, are characterised by STM, XPS and NEXAFS. The metal structures are investigated by SEM, AFM and STM.

Le concept de décomposition par un faisceau électronique a été développé dans le but de créer des motifs supportés de taille inférieure à celle atteinte par les méthodes lithographiques classiques. Ce travail avait pour objectif d’appréhender ce concept à travers une séparation des mécanismes mis en jeu, de façon à mieux les comprendre pour mieux les contrôler.Un dispositif a été conçu et un protocole défini où une première étape correspond à l'adsorption à température cryogénique de composés carbonylés à cœur métallique. L’adsorbat est ensuite décomposé par un faisceau d’électrons focalisés puis les résidus de la fragmentation sont éliminés lors de recuits permettant la réorganisation du dépôt lithographié. Pour suivre les différentes étapes, une approche de type « science des surfaces » a été choisie car elle offre la possibilité d’étudier les processus mis en jeu à l’aide de techniques d'analyses sensibles à la chimie.Ainsi, ce travail a permis de mettre en évidence que l'adsorption à température cryogénique de Mo(CO)6 et W(CO)6 sur des surfaces métalliques ou oxydes n'induit pas d'important changement de leur structure moléculaire démontrant que cette étape est renversable. Par ailleurs, il a été montré que les électrons de basse énergie (< 150 eV) engendrent la dissociation de ces molécules par un processus de collision mono-électronique et qu'il est aussi possible de les décomposer à l'aide d'un faisceau d'électrons lorsqu'elles sont physisorbées, menant à la formation de dépôts stables à température ambiante. Un traitement thermique finalise la décomposition. La morphologie finale est liée à la dose d'électrons et à la quantité initiale de molécules adsorbées. / The concept of electon beam decomposition has been developed in order to create smaller patterns than those achieved by conventional lithographic methods. This work aimed to go further about this concept through a separation of the involved mechanisms in order to better understand them and thus reach a better control of process.A device was designed and a protocol was defined where the first stage is the adsorption at cryogenic temperature of metal-carbonyl compounds. The adsorbate is then decomposed by a focused electron beam and fragmentation residues are removed through annealing allowing the deposit reorganization. The study of the different steps of the elaboration method was followed through the "surface science" approach because such a way offers the opportunity to study the processes involved by analytical techniques sensitive to material chemistry.Thus, this work has highlighted that the adsorption at cryogenic temperature of Mo(CO)6 and W(CO)6 on metal or oxide surfaces does not induce any significant changes in their molecular structure demonstrating that this step is reversible. Moreover, it was shown that low energy electrons ( <150 eV ) cause dissociation of these molecules by a one-electron process. Moreover, it is possible to decompose adsorbed molecules with a focused electron beam, leading to the formation of a stable deposit at room temperature. Annealing treatment can complete the decomposition. Besides, the final morphology is related to the electron dose as well as the initial amount of adsorbed molecules.

Le présent travail de thèse a été effectué dans le cadre du projet CPER-FEDER MATISSE, projet coordonné par l’UTT regroupant deux autres partenaires : Nanovation et l’URCA. Le projet avait pour ambition la croissance des couches minces de ZnO de haute qualité et leur valorisation.Le ZnO cristallin est un semiconducteur à grand gap avec d’excellentes propriétés optiques. Son énergie de liaison excitonique de 60meV est l’une des caractéristiques qui lui valent tant d’attention malgré sa difficile gravure physique qui hypothèque la réalisation de composants photoniques compacts. En effet, la longueur d’onde d’émission du ZnO est de l’ordre de 375nm, impliquant l’utilisation de structures de petite taille dont la réalisation relève des nanotechnologies.Trois objectifs scientifiques ont été poursuivis : l’amélioration de l’extraction de l’émission excitonique dans les couches minces de ZnO par ingénierie de gap en utilisant les cristaux photoniques, l’émission laser et son contrôle et enfin, le transfert d’énergie du ZnO vers les QDots comme couche de phosphores pour la conversion de l’émission UV en lumière blanche. Pour y parvenir, deux technologies ont été utilisées : la croissance PLD (Nanovation) et la structuration par approche top-down délaissée par la communauté scientifique.La thèse traite de la structuration par lithographie électronique combinée à la gravure RIE-ICP et les études scientifiques associées. Les résultats obtenus sont concluants avec parfois des records comme pour le gain (>1000cm-1) et les pertes optiques (<10cm-1). Nous avons également procédé à la réalisation des premiers composants optoélectroniques : laser MIS et photodétecteur MSM / This work was conducted in the framework of the MATISSE project supported by the CPER-FEDER. Coordinated by UTT and including two other partners: Nanovation and URCA, the main project objective was the growth of high quality ZnO thin films and their valorization.ZnO is a wide band gap semiconductor with excellent optical properties. Its exciton binding energy (60meV) is one of the most important characteristics that earned to ZnO more attention despite its physical etching which is difficult to perform. Indeed, the excitonic emission of ZnO occurs approximately at 375nm, which involves the use of small structures whose achievement leads to the use of nanotechnology.Three scientific objectives were pursued: improving the extraction of the excitonic emission in ZnO thin films by engineering the photonic band gap by using photonic crystals, laser emission and control and finally, energy transfer from ZnO to QDots used as phosphors for down conversion of the UV emission to white emission. To achieve this, two technologies were used: PLD growth (Nanovation) and top-down structuring approach neglected by the scientific community.The thesis mainly deals with the structuring by electron beam lithography combined with ICP - RIE and related scientific studies. Conclusive results have been obtained such as high optical gain (>1000 cm-1) and low optical losses (<10 cm-1). We also carried out first optoelectronic components: MIS laser and MSM photodetector

Les substrats structurés aux échelles micrométriques et nanométriques sont intéressants pour des applications biomédicales, par exemple dans des puces à ADN/protéines, pour la miniaturisation des « lab-on-chip » ou pour préparer des implants permettant le contrôle de l'adhésion de cellules. Dans la dernière décennie des études ont montrées, que les cellules vivantes peuvent détecter la présence de nano-structures sur les substrats sur lesquels elles adhèrent. Bien que ces mécanismes soient étudiés depuis une dizaine d'années, les mécanismes fondamentaux sont encore en cours d'études. Tant pour une étude au niveau fondamental que dans le but d'applications concrètes, il est important de développer des techniques simples pour structurer des substrats sur de grandes surfaces. Nous avons réalisé une nouvelle méthode alliant un faible coût de fabrication et la biocompatibilité pour structurer et biofonctionnaliser des substrats à l'échelle nanométrique en utilisant des membranes d'alumine poreuses comme masque. Les membranes d'alumine poreuses, préparées par électrochimie, sont naturellement organisées en un réseau hexagonal sur une surface de quelques cm². Nous les utilisons comme masque pour la structuration de surfaces. Des trous réguliers sont gravés dans le substrat à travers les membranes d'alumine poreuses. Ce substrat est ensuite utilisée lors d'une application biologique : une bicouche lipidique est déposée sur le substrat structuré pour imiter les hétérogénéités de la membrane cellulaire. La mobilité de la bicouche est étudiée par corrélation de spectroscopie de fluorescence à rayon variable. Une autre série d'expériences est faite en utilisant des membranes d'alumine poreuses comme masque d'évaporation pour créer des réseaux organisés d'îlots d'organo-silanes. Deux molécules sont utilisées elles possèdent soit une fonction amine réactive soit une longue chaîne carbonée inerte. La bio-fonctionnalisation est ensuite effectuée en utilisant la fonction amine pour accrocher un anticorps. Des études sont effectuées en parallèle, sur des substrats bio-fonctionnalisés à l'échelle micrométrique grâce au micro-contact printing. Le but de cette étude est de mettre au point une biochimie de surface permettant le contrôle de l'adhésion de cellules immunitaires, avec le but de transférer ensuite la biochimie à l'échelle nanométrique. / Substrates patterned at the micro-scale and nano-scale are interesting for biomedical applications, for example, in DNA/protein nano-arrays, for miniaturized lab-on-chip applications or for making smart implants that can control adhesion of cells. In the last decade, some studies showed that living cells can detect nano-scale structures on substrates to which they adhere. Although this behaviour has been observed now for over a decade, the fundamental detection mechanism is still under investigation. Both for fundamental studies and for applications, it is important to develop facile techniques to pattern substrates on a large scale. We have realized a novel technique for patterning and bio-functionalizing substrates at the nano-scale using porous anodic alumina membranes as masks. The ordered porous anodic alumina membranes, prepared by classical electro-chemistry, are naturally organized in an hexagonal array over surface area of few square centimeters. Here we use them as mask for surface patterning. To create an array of nano holes, the substrate is dry etched through the alumina pores. In a biologically relevant application, a lipid bilayer is deposited on the patterned substrate to mimic a heterogeneous cell membrane. The mobility of the bilayer is studied by fluorescent correlation spectroscopy. In a different set of experiments, the porous alumina membranes are used as evaporation mask to create an organized array of alkyl-silane islands - either with a short carbon chain and with a reactive amine group or with a long carbon chain and non-reactive. Afterwards, biochemical functionalization is achieved by exploiting the amino-function of the amino-silane to bind an antibody. In parallel, we have started some studies of adhesion on a pattern substrate at micro-scale with immunological cells. The substrate is pattern by micro contact printing and the cell adhesion is observed by RICM. The aim of this studies is to prepare the biochemistry for the immunological cells adhesion, with the aim or transferring this to the nano-scale.