Microcapteurs nano-fonctionnalisés pour la détection ... · INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONS DE RENNES 1 ... Nanofils de Silicium Carbone Nanoporeux Nanotube

TITREINSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONS DE RENNES

1

Microcapteurs nano-fonctionnalisés

pour la détection biologiqueDONERO Laetitia

Directeurs de thèse: - Nantes : Pierre-Yves Tessier, Abdelaziz El mel

- Rennes: France Le Bihan, Laurent Le Brizoual


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Présentation du projet

Institut des Matériaux Jean RouxelInstitut d’Electronique et Télécommunication de Rennes

IETR IMN

Equipe Plasma et Couches MincesDépartement Microélectronique et Microcapteurs

Dépôts et caractérisations de Nano-ObjetsConception et caractérisations de transistors

Réalisation d’un capteur pour la détection biologique

Carbone NanoporeuxNanofils de Silicium Nanotube de Carbone [1]

[1] Thèse « Aurélien Gohier » Université de Nantes (2007) IMN


3

Capteurs étudiés au sein de l’équipe

Microélectronique, Micro capteur

SGFET à micro canaux (Ismaïl BOUHADDA 2014 )

SGFET grille suspendue(Abdelghani Kherrat 2012)

TFT à base de nano-fils (Gertrude Godem Wenga 2013)



4

Fonctionnement du TFT en tant que capteur

Principe de détection

• En milieu liquide (pH)

• Caractéristique électrique

• Mesure de sensibilité


Thèse (Abdelghani Kherrat 2012)Réalisation de microchambres d'analyse chimique :

microcapteurs de pH et microfluidique associés

S=250mV/pH


5

Polysilicium très dopé N

Polysilicium non dopé

Couche isolante (Nitrure)

Couche isolante (Oxyde de silicium)


Originalité du projet

• Pas de contact métallique (Silicium poly cristallin)

• Grille inferieure « Bottom gate »

• Géométrie plus simple

• Intégration de nanomatériaux sur la zone active


6

Les nanomatériaux

VLS/ Catalyseur d’or

Laetitia DONERO

PECVD catalyseur de nickel [1]

Damien Thiry (post-doc)

Co-Pulvérisation cathodique /gravure chimique

Nicolas Bouts (Docteur ) et Abdelaziz El Mel (CR)


Grand rapport surface sur volume

Température de synthèse compatible avec la technologie

Application de détection

Fonctionnalisation possible



7

Sommaire

1.Dispositif

2.Caractérisations électriques

3. Intégration de nanomatériaux

4.Conclusions et Perspectives


8

1.Dispositif




Sommaire


9

Si waferSiO2


SubstratDépôt de SiO2

Technique: APCVD

Gaz: Silane/Oxygène

Température: 420°C

Vitesse de dépôt: 29 nm/min

Epaisseur: 800 nm

Densification

Technique: Recuit



10

Si waferSiO2



Contacts

SF6 SF6SF6

Gravure sècheTechnique: Plasma

Puissance: 30w

Débit: 30sccm

Pression: 4 Pa

Vitesse de gravure: environ 150nm/min

Dépôt poly Si dopéTechnique: LPCVD

Gaz: Silane, phosphore

Pression: 90 Pa


Epaisseur: 300 nm


11

Si waferSiO2

GS DPolysilicium très dopé N


Gravure sècheTechnique: Plasma

Puissance: 30w

Débit: 30sccm

Pression: 4 Pa


Dépôt poly Si dopéTechnique: LPCVD


Pression: 90 Pa


Epaisseur: 300 nm

Contacts


12

Si waferSiO2

GSi3N4

S DCouche isolante (Nitrure)



Isolant de grilleDépôt de Si3N4

Technique: LPCVD

Gaz: Silane/Amoniaque

Pression: 60 Pa



Epaisseur: Variable

Dépôt de SiO2Technique: APCVD




Epaisseur: Variable


13

Si waferSiO2

GSi3N4

S D

Gravure humide de SiO2

Technique: Solution de BHF

Vitesse de gravure: (test hydrophobique)

Gravure sèche

Technique: Plasma

Puissance: 30W

Débit: 10 sccm

Pression: 1 Pa


Ouverture des contacts





14

Si waferSiO2

GSi3N4

S D

Contacts source/drain

Dépôt poly Si dopé

Technique: LPCVD


Pression: 90 Pa


Epaisseur: 300 nm





15

Si waferSiO2

GSi3N4

S D

Gravure sèche

Technique: Plasma

Puissance: 30 W

Débit: 30 sccm

Pression: 4 Pa

Vitesse de gravure: 15nm/min

Ouverture





16

Si waferSiO2

GSi3N4

S D

Gravure sèche

Technique: Plasma

Puissance: 30 W

Débit: 30 sccm

Pression: 4 Pa

Vitesse de gravure: 15nm/min

Ouverture





17

Si waferSiO2

GSi3N4

S D

Zone active




Zone activeDépôt poly Si

Technique: LPCVD

Gaz: Silane

Pression: 90 Pa


Epaisseur: Variable



18

Si waferSiO2

GSi3N4

S D

Zone active



Zone activeDépôt poly Si

Technique: LPCVD

Gaz: Silane

Pression: 90 Pa


Epaisseur: Variable




19

Si waferSiO2

GSi3N4

S D

Zone active

Encapsulation





Dépôt de Si3N4Technique: LPCVD

Gaz: Silane/Amoniaque

Pression: 60 Pa



Dépôt de SiO2Technique: APCVD





20

Si waferSiO2

GSi3N4

S D

Zone active




Intégration de nanomatériaux

Intégration de

nanomatériaux



21

Sommaire

1.Dispositif





22

Vth

gm

Vth: Tension de seuil

gm: Transconductance

Pente sous le seuil

Caractéristique de transfert


23

Encapsulation et Forming gas

Technique: Recuit en atmosphère gazeuse


Mélange gazeux: N2/H2 à 10%

Durée: 30 min


24

Optimisation du transistor

SiO2/Si3N4

Mobilité : 6±1.5 cm²/V.s


25

Test en milieu liquide

Etudes en cours Test en pH

Test en temps réel


26

Sommaire

1.Dispositif





27

Les nanomatériaux

VLS/ Catalyseur d’or

Laetitia DONERO

PECVD catalyseur de nickel [1]

Damien Thiry (post-doc)

Co-Pulvérisation cathodique /gravure chimique

Nicolas Bouts (Docteur ) et Abdelaziz El Mel (CR)




28

Intégration des nanomatériaux

Résine Couche métallique


29

Croissance de Nanofils

Epaisseur de la couche d’or: 1,4 nm

Recuit : 450°C


30

Intégration sur la surface


31

Faisabilité


32

Sommaire

1.Dispositif


3.Test en milieu liquide




33

Fixer l’épaisseur de l’isolant de grille

Tests en milieu liquide

Faisabilité d’intégration de nanomatériaux

Tests avec des solutions pH

Etude sur la croissance des nanofils de silicium

Intégration des nanomatériaux sur la zone active

Conclusions

Perspectives


34

Merci de votre attention

Remerciement : Régions Pays de la Loire et Région Bretagne

pour le financement de la thèse

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