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1. Pseudo-disordered structures for light trapping improvement in mono-crystalline Si thin-films

Author

Abdelmounaim Harouri, Emmanuel Drouard, Loïc Lalouat, B Gonzalez-Acevedo, Christian Seassal, Valerie Depauw, He Ding, Regis Orobtchouk, INL - Nanophotonique (INL - Photonique), Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), IMEC (IMEC), Catholic University of Leuven - Katholieke Universiteit Leuven (KU Leuven), Inl, Laboratoire INL UMR5270, Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne ( LICB ), Université de Bourgogne ( UB ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), INL - Nanophotonique ( INL - Photonique ), Institut des Nanotechnologies de Lyon ( INL ), École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon ( CPE ) -Institut National des Sciences Appliquées de Lyon ( INSA Lyon ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), IMEC ( IMEC ), and Catholic University of Leuven ( KU Leuven )

Subjects
[PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS] Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], Materials science, [SPI.OPTI] Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, [SPI.NANO] Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, [ SPI.MAT ] Engineering Sciences [physics]/Materials, Nanophotonics, Physics::Optics, chemistry.chemical_element, 02 engineering and technology, Trapping, [SPI.MAT] Engineering Sciences [physics]/Materials, 01 natural sciences, 7. Clean energy, [PHYS] Physics [physics], [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, 010309 optics, Optics, Aluminium, 0103 physical sciences, Crystalline silicon, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Thin film, Rigorous coupled-wave analysis, Photonic crystal, [PHYS]Physics [physics], [PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS]Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], [ PHYS ] Physics [physics], [ PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS ] Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], Renewable Energy, Sustainability and the Environment, business.industry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Ray, Surfaces, Coatings and Films, Electronic, Optical and Magnetic Materials, chemistry, [SPI.OPTI]Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, Optoelectronics, [ SPI.NANO ] Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, [ SPI.OPTI ] Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, 0210 nano-technology, business
Abstract

International audience; Thin film solar cells may exhibit high conversion efficiencies provided their active material exhibits a high quality, like in the case of crystalline silicon, and if incident light coupling and absorption are appropriately controlled. We propose to integrate an advanced light trapping process relying on photonic crystals including a controlled pseudo-disorder. Thanks to Rigorous Coupled Wave Analysis, we determine the optimized nanophotonic structures that should be appropriately introduced in 1 µm thick crystalline silicon layers standing on a metal layer like aluminum. Thanks to a carefully controlled pseudo-disorder perturbation, absorption in these designed nanopatterns overcome that predicted in the case of fully optimized square lattice photonic crystals. Fabricated structures are analyzed in light of this numerical investigation to evidence the impact of such controlled perturbations, but also the influence of the measurement method and the technological imperfections. Thanks to the optimized perturbated photonic crystals, the integrated absorption in 1 µm thick crystalline Silicon layer increases from 37.7%, in the case of the unpatterned stack, to 70.7%. The sole effect of pseudo-disorder on the fully optimized simply periodic photonic crystals leads to an absolute increase of the integrated absorption up to 2%, as predicted by simulations, while both structures are fabricated using exactly the same process flow.

Published
2017

2. Screening of a Library of Oligosaccharides Targeting Lectin LecB of Pseudomonas Aeruginosa and Synthesis of High Affinity Oligoglycoclusters

Author

Lucie Dupin, Albert Meyer, Jean-Jacques Vasseur, Silvère Bonnet, François Morvan, Mialy Randriantsoa, Claire Cottin, Ludovic Bastide, Yann Chevolot, Gérard Vergoten, Benoît Darblade, Eliane Souteyrand, Mathieu Noël, Thomas Gehin, INL - Chimie et Nanobiotechnologies (INL - C&N), Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon, Institut des Biomolécules Max Mousseron [Pôle Chimie Balard] (IBMM), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Elicityl SA, Unité de Glycobiologie Structurale et Fonctionnelle - UMR 8576 (UGSF), Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), CNRS, Université de Lille, Institut des Nanotechnologies de Lyon [INL], Institut des Biomolécules Max Mousseron [Pôle Chimie Balard] [IBMM], Unité de Glycobiologie Structurale et Fonctionnelle (UGSF) - UMR 8576, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Unité de Glycobiologie Structurale et Fonctionnelle UMR 8576 (UGSF), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École Supérieure de Chimie Physique Électronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Glycan, Pharmaceutical Science, Mannose, 010402 general chemistry, medicine.disease_cause, 01 natural sciences, Fucose, Analytical Chemistry, lcsh:QD241-441, chemistry.chemical_compound, lcsh:Organic chemistry, anti-bacterial, Drug Discovery, medicine, oligosaccharide, Physical and Theoretical Chemistry, Binding site, glycoconjugate, biology, glycocluster, Pseudomonas aeruginosa, 010405 organic chemistry, Chemistry, Organic Chemistry, Biofilm, Lectin, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, biology.organism_classification, 0104 chemical sciences, Biochemistry, Chemistry (miscellaneous), biology.protein, Molecular Medicine, [CHIM.OTHE]Chemical Sciences/Other, Bacteria
Abstract

The Gram negative bacterium Pseudomonas aeruginosa (PA) is an opportunistic bacterium that causes severe and chronic infection of immune-depressed patients. It has the ability to form a biofilm that gives a selective advantage to the bacteria with respect to antibiotherapy and host defenses. Herein, we have focused on the tetrameric soluble lectin which is involved in bacterium adherence to host cells, biofilm formation, and cytotoxicity. It binds to l-fucose, d-mannose and glycan exposing terminal fucose or mannose. Using a competitive assay on microarray, 156 oligosaccharides and polysaccharides issued from fermentation or from the biomass were screened toward their affinity to LecB. Next, the five best ligands (Lewisa, Lewisb, Lewisx, siayl-Lewisx and 3-fucosyllactose) were derivatized with a propargyl aglycon allowing the synthesis of 25 trivalent, 25 tetravalent and 5 monovalent constructions thanks to copper catalyzed azide alkyne cycloaddition. The 55 clusters were immobilized by DNA Directed immobilization leading to the fabrication of a glycocluster microarray. Their binding to LecB was studied. Multivalency improved the binding to LecB. The binding structure relationship of the clusters is mainly influenced by the carbohydrate residues. Molecular simulations indicated that the simultaneous contact of both binding sites of monomer A and D seems to be energetically possible.

Published
2018

3. Ion beam synthesis of indium-oxide nanocrystals for improvement of oxide resistive random-access memories

Author

Nicolas Baboux, Pierre-Vincent Guenery, K. Hamga, Gérard Benassayag, Dominique Drouin, Caroline Bonafos, E. Cossec, Béatrice Pécassou, Robin Cours, Abdelkader Souifi, L. Militaru, Serge Ecoffey, Nano-Optique et Nanomatériaux pour l'optique ( CEMES-NeO ), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales ( CEMES ), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse ( INSA Toulouse ), Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Université Paul Sabatier - Toulouse 3 ( UPS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse ( INSA Toulouse ), Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Université Paul Sabatier - Toulouse 3 ( UPS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Matériaux et dispositifs pour l'Electronique et le Magnétisme ( CEMES-MEM ), INL - Dispositifs Electroniques ( INL - DE ), Institut des Nanotechnologies de Lyon ( INL ), École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon ( CPE ) -Institut National des Sciences Appliquées de Lyon ( INSA Lyon ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Laboratoire Nanotechnologies Nanosystèmes ( LN2 ), Université de Sherbrooke [Sherbrooke]-École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon ( CPE ) -Institut National des Sciences Appliquées de Lyon ( INSA Lyon ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université Grenoble Alpes ( UGA ), Nano-Optique et Nanomatériaux pour l'optique (CEMES-NeO), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Matériaux et dispositifs pour l'Electronique et le Magnétisme (CEMES-MEM), INL - Dispositifs Electroniques (INL - DE), Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE), Laboratoire Nanotechnologies Nanosystèmes (LN2 ), Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Sherbrooke (UdeS)-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut Interdisciplinaire d'Innovation Technologique [Sherbrooke] (3IT), Université de Sherbrooke (UdeS), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École Supérieure de Chimie Physique Électronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Sherbrooke (UdeS)-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-École Supérieure de Chimie Physique Électronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), and Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])

Subjects
Materials science, Polymers and Plastics, Ion beam, [ SPI.MAT ] Engineering Sciences [physics]/Materials, Oxide, Nanoparticle, chemistry.chemical_element, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, Biomaterials, chemistry.chemical_compound, 0103 physical sciences, Electrical measurements, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, 010302 applied physics, [PHYS]Physics [physics], Resistive touchscreen, [ PHYS ] Physics [physics], business.industry, Metals and Alloys, 021001 nanoscience & nanotechnology, Surfaces, Coatings and Films, Electronic, Optical and Magnetic Materials, Resistive random-access memory, Ion implantation, chemistry, [SPI.OPTI]Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, Optoelectronics, [ SPI.NANO ] Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, [ SPI.OPTI ] Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, 0210 nano-technology, business, Indium
Abstract

International audience; We report on the direct ion beam synthesis of a delta-layer of indium oxide nanocrystals (In2O3-NCs) in silica matrices by using ultra-low energy ion implantation. The formation of the indium oxide phase can be explained by (i) the affinity of indium with oxygen, (ii) the generation of a high excess of oxygen recoils generated by the implantation process in the region where the nanocrystals are formed and (iii) the proximity of the indium-based nanoparticles with the free surface and oxidation from the air. Taking advantage of the selective diffusivity of implanted indium in SiO2 with respect to Si3N4, In2O3-NCs have been inserted in the SiO2 switching oxide of micrometric planar oxide-based resistive random access memory (OxRAM) devices fabricated using the nanodamascene process. Preliminary electrical measurements show switch voltage from high to low resistance state. The devices with In2O3-NCs have been cycled 5 times with identical operating voltages and RESET current meanwhile no switch has been observed for non implanted devices. This first measurement of switching is very promising for the concept of In2O3-NCs based OxRAM memories.

Published
2018

4. Effects of Silane Monolayers on Lysophosphatidylcholine (LysoPC) Detection by Desorption Ionization on Silicon Mass Spectrometry (DIOS-MS) in Solution and Plasma

Author

Antonin Lavigne, Benoît Gilquin, Thomas Géhin, Vincent Jousseaume, Marc Veillerot, Yann Chevolot, Magali Phaner-Goutorbe, Christelle Yeromonahos, INL - Dispositifs pour la Santé et l’Environnement (INL - DSE), Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École Supérieure de Chimie Physique Électronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives - Laboratoire d'Electronique et de Technologie de l'Information (CEA-LETI), Direction de Recherche Technologique (CEA) (DRT (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), and ANR-18-CE09-0006,PORIDG,Fonctionnalisation chimique du silicium nanoporeux pour le diagnostic de la septicémie(2018)

Subjects
[CHIM.THEO]Chemical Sciences/Theoretical and/or physical chemistry, [CHIM.ANAL]Chemical Sciences/Analytical chemistry, General Materials Science
Abstract

International audience; Desorption ionization on silicon mass spectrometry (DIOS-MS) enables the high throughput analysis of low molecular weight biomolecules. However, the detection of metabolites biomarkers from complex fluids, like plasma, is subordinated to sample pre-treatments which limit clinical applications. Herein, we show that porous silicon chemically modified using monolayers of n-propyldimethylmetoxysilane molecules, can be a good candidate for the fingerprinting of Lysophosphatidylcholine (LysoPC) in plasma, without any pre-treatment of the sample, for DIOS-MS-based diagnosis like sepsis diagnosis. Results are correlated to the location of LysoPC molecules inside/outside the pores, determined by time of flight-secondary ions mass spectrometry profiling, and to their physico-chemical properties.

Published
2023

5. Structure, Morphology, and Surface Chemistry of Surgical Masks and Their Evolution up to 10 Washing Cycles

Author

Louise Wittmann, Joseph Garnier, Naomi Sakata, Elisabeth Auzias, Martin Dumoulin, Nathanaël Barlier, Théotime Bergese, Lara Leclerc, Florence Grattard, Paul O. Verhoeven, Jérémie Pourchez, Claude Botella, Jean-Marie Bluet, Béatrice Vacher, José Penuelas, Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École Supérieure de Chimie Physique Électronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Santé Ingénierie Biologie Saint-Etienne (SAINBIOSE), Centre Ingénierie et Santé (CIS-ENSMSE), École des Mines de Saint-Étienne (Mines Saint-Étienne MSE), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-École des Mines de Saint-Étienne (Mines Saint-Étienne MSE), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université Jean Monnet - Saint-Étienne (UJM)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), Physiopathologie et biothérapies des infections muqueuses (GIMAP), Centre International de Recherche en Infectiologie (CIRI), École normale supérieure de Lyon (ENS de Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Jean Monnet - Saint-Étienne (UJM)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure de Lyon (ENS de Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Jean Monnet - Saint-Étienne (UJM)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), INL - Matériaux Fonctionnels et Nanostructures (INL - MFN), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL), Laboratoire de Tribologie et Dynamique des Systèmes (LTDS), Université de Lyon-Université de Lyon-École Nationale des Travaux Publics de l'État (ENTPE)-Ecole Nationale d'Ingénieurs de Saint Etienne (ENISE)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Université de Lyon

Subjects
[CHIM.POLY]Chemical Sciences/Polymers, Polymers and Plastics, pandemic, Process Chemistry and Technology, Organic Chemistry, washing, surgical masks, decontamination, Covid-19, polypropylene
Abstract

International audience; The Covid-19 crisis has led to a massive surge in the use of surgical masks worldwide, causing risks of shortages and high pollution. Various decontamination techniques are currently being studied to reduce these risks by allowing the reuse of masks. In this study, surgical masks were washed up to 10 times, each cycle under the same conditions. The consequences of the washing cycles on the structure, fiber morphology, and surface chemistry have been studied through several characterization techniques: scanning electron microscopy, wetting angle measurements, infrared spectroscopy, X-ray diffraction, and X-ray photoelectrons spectroscopy. The washing process did not induce large changes in the hydrophobicity of the surface, the contact angle remaining constant throughout the cycles. The composition observed in the IR spectrum also remained unchanged for washed masks up to 10 cycles. Some slight variations were observed during X-ray analysis: the crystallinity of the fibers as well as the size of the crystals increases with the number of wash cycles. The XPS analysis shows that after 10 cycles, the surface of the masks underwent a slight oxidation. In the SEM images, changes were observed in the arrangement of the fibers, which are more visible the more times the mask has been washed: they align themselves in bundles, form areas with holes in the mask layer, and are crushed in some areas.

Published
2023

6. A Survey on Deep Learning Resilience Assessment Methodologies

Author

Annachiara Ruospo, Ernesto Sanchez, Lucas Matana Luza, Luigi Dilillo, Marcello Traiola, Alberto Bosio, Politecnico di Torino = Polytechnic of Turin (Polito), Test and dEpendability of microelectronic integrated SysTems (TEST), Laboratoire d'Informatique de Robotique et de Microélectronique de Montpellier (LIRMM), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM), Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires (IRISA), Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT), Architectures matérielles spécialisées pour l’ère post loi-de-Moore (TARAN), Inria Rennes – Bretagne Atlantique, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-ARCHITECTURE (IRISA-D3), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires (IRISA), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique), Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École Supérieure de Chimie Physique Électronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), and Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
learning, Resilience, [INFO.INFO-LG]Computer Science [cs]/Machine Learning [cs.LG], General Computer Science, [INFO.INFO-ES]Computer Science [cs]/Embedded Systems, Safety, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Reliability, Focusing
Abstract

International audience; Deep Learning (DL) applications are gaining increasing interest in the industry and academia for their outstanding computational capabilities. Indeed, they have found successful applications in various areas and domains such as avionics, robotics, automotive, medical wearable devices, gaming; some have been labeled as safety-critical, as system failures can compromise human life. Consequently, DL reliability is becoming a growing concern, and efficient reliability assessment approaches are required to meet safety constraints. This paper presents a survey of the main DL reliability assessment methodologies, focusing mainly on Fault Injection (FI) techniques used to evaluate the DL resilience. The article describes some of the most representative state-of-the-art academic and industrial works describing FI methodologies at different levels of abstraction. Finally, a discussion of the advantages and disadvantages of each methodology is proposed to provide valuable guidelines for carrying out safety analyses.

Published
2023

7. Influence of storage and buffer composition on the mechanical behavior of flowing red blood cells

Author

Adlan Merlo, Sylvain Losserand, François Yaya, Philippe Connes, Magalie Faivre, Sylvie Lorthois, Christophe Minetti, Elie Nader, Thomas Podgorski, Céline Renoux, Gwennou Coupier, Emilie Franceschini, Biomécanique et Bioingénierie (BMBI), Université de Technologie de Compiègne (UTC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de mécanique des fluides de Toulouse (IMFT), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Laboratoire Interdisciplinaire de Physique [Saint Martin d’Hères] (LIPhy ), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA), Laboratoire Interuniversitaire de Biologie de la Motricité (LIBM ), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Jean Monnet - Saint-Étienne (UJM)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry]), Laboratoire d'Excellence : Biogenèse et pathologies du globule rouge (Labex Gr-Ex), Université Sorbonne Paris Cité (USPC)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université Paris Cité (UPCité), Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École Supérieure de Chimie Physique Électronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Aero-Thermo-Mechanics Department, Université libre de Bruxelles (ULB), Laboratoire Rhéologie et Procédés (LRP), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA), Service de Biochimie et Biologie Moléculaire Grand Est [HCL, Lyon] (Centre de Biologie et de Pathologie), Hospices Civils de Lyon (HCL), Laboratoire de Mécanique et d'Acoustique [Marseille] (LMA ), Aix Marseille Université (AMU)-École Centrale de Marseille (ECM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), GDR Mécabio, CNRS, and European Project: 615102,EC:FP7:ERC,ERC-2013-CoG,BRAINMICROFLOW(2014)

Subjects
Biophysics, [PHYS.MECA.MEFL]Physics [physics]/Mechanics [physics]/Fluid mechanics [physics.class-ph], [PHYS.MECA.BIOM]Physics [physics]/Mechanics [physics]/Biomechanics [physics.med-ph]
Abstract

International audience; On-chip study of blood flow has emerged as a powerful tool to assess the contribution of each component of blood to its overall function. Blood has indeed many functions, from gas and nutrient transport to immune response and thermal regulation. Red blood cells play a central role therein, in particular through their specific mechanical properties, that directly influence pressure regulation, oxygen perfusion, or platelet and white cells segregation towards endothelial walls. As the bloom of in-vitro studies has led to the apparition of various storage and sample preparation protocols, we address the question of the robustness of the results involving cell mechanical behavior against this diversity. The effects of three conservation media (EDTA, citrate and glucose-albumin-sodium-phosphate) and storage time on the red blood cell mechanical behavior are assessed under different flow conditions: cell deformability by ektacytometry, shape recovery of cells flowing out of a microfluidic constriction, and cell flipping dynamics under shear flow. The impact of buffer solutions (phosphate-buffered saline and density-matched suspension using iodixanol/Optiprep) are also studied by investigating individual cell flipping dynamics, relative viscosity of cell suspensions and cell structuration under Poiseuille flow. Our results reveal that storing blood samples up to seven days after withdrawal and suspending them in adequate density-matched buffer solutions has in most experiments a moderate effect on the overall mechanical response, with a possible rapid evolution in the first three days after sample collection. SIGNIFICANCE Blood is in intimate contact with all organs in the body, supplying oxygen, nutrients and drugs while removing waste. It carries cells involved in immune response, wound repair and tumor dissemination. Blood is easily collected, revealing the presence of disease through biomarker analysis. It is storable and transfusable. Thus, blood is the subject of many in-vitro studies for research and medical purposes. Guidelines associated to sample preparation or storage conditions have been established, but these may affect its mechanical behavior. In this collaborative study, we provide new guidelines to minimize the impact of specific experimental requirements (e.g. density matching, blood freshness) by focusing on the single or collective motion of red blood cells in a large range of flow conditions.

Published
2023

8. Mid-infrared supercontinuum generation in a varying dispersion waveguide for multi-species gas spectroscopy

Author

Alberto Della Torre, Remi Armand, Milan Sinobad, Kokou Firmin Fiaboe, Barry Luther-Davies, Stephen Madden, Arnan Mitchell, Thach Nguyen, David J. Moss, Jean-Michel Hartmann, Vincent Reboud, Jean-Marc Fedeli, Christelle Monat, Christian Grillet, Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École Supérieure de Chimie Physique Électronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Royal Melbourne Institute of Technology University (RMIT University), Australian National University (ANU), Swinburne University of Technology [Melbourne], Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives - Laboratoire d'Electronique et de Technologie de l'Information (CEA-LETI), Direction de Recherche Technologique (CEA) (DRT (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), ANR-17-CE24-0028,MIRSiCOMB,Source COMB intégrée sur plateforme SiGe nonlinéaire émettant dans le moyen infra-rouge(2017), ANR-21-CE24-0005,MIRthFUL,Source supercontinuum reconfigurable moyen infrarouge sur puce et pompée par fibre(2021), and European Project: 648546,H2020,ERC-2014-CoG,GRAPHICS(2015)

Subjects
Nonlinear optics, [SPI.OPTI]Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, Electrical and Electronic Engineering, Supercontinuum, Mid-infrared, Spectroscopy, Atomic and Molecular Physics, and Optics
Abstract

International audience; We report the experimental generation of a broadband and flat mid-infrared supercontinuum in a silicongermanium-on-silicon two-stage waveguide. Our particular design combines a short and narrow waveguide section for efficient supercontinuum generation, and an inverse tapered section that promotes the generation of two spectrally shifted dispersive waves along the propagation direction, leading to an overall broader and flatter supercontinuum. The experimentally generated supercontinuum extended from 2.4 to 5.5 µm, only limited by the long wavelength detection limit of our spectrum analyzer. Numerical simulations predict that the supercontinuum actually extends to 7.8 µm. We exploit the enhanced flatness of our supercontinuum for a proof-of-principle demonstration of free-space multi-species gas spectroscopy of water vapor and carbon dioxide.

Published
2023

9. Size and Surface Chemistry Tuning of Silicon Carbide Nanoparticles

Author

Dmytro Korytko, Viacheslav Iablokov, Vladimir Lysenko, Elena Shamatulskaya, Svitlana Gryn, Mykola Volvach, Igor Bezverkhyy, Sergei Alekseev, Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne ( LICB ), Université de Bourgogne ( UB ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), INL - Spectroscopies et Nanomatériaux ( INL - S&N ), Institut des Nanotechnologies de Lyon ( INL ), École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon ( CPE ) -Institut National des Sciences Appliquées de Lyon ( INSA Lyon ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (LICB), Université de Bourgogne (UB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), INL - Spectroscopies et Nanomatériaux (INL - S&N), Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL), and Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Inorganic chemistry, [ SPI.MAT ] Engineering Sciences [physics]/Materials, Oxide, Nanoparticle, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, chemistry.chemical_compound, X-ray photoelectron spectroscopy, stomatognathic system, Desorption, Electrochemistry, General Materials Science, Surface layer, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Spectroscopy, [PHYS]Physics [physics], Thermal oxidation, [PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS]Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], Aqueous solution, [ PHYS ] Physics [physics], [ PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS ] Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], Surfaces and Interfaces, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, 0104 chemical sciences, chemistry, [SPI.OPTI]Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, Surface modification, [ SPI.NANO ] Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, [ SPI.OPTI ] Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, 0210 nano-technology
Abstract

International audience; Chemical transformations on the surface of commercially available 3C-SiC nanoparticles were studied by means of FTIR, XPS, and temperature-programmed desorption mass spectrometry methods. Thermal oxidation of SiC NPs resulted in the formation of a hydroxylated SiO2 surface layer with C3Si–H and CHx groups over the SiO2/SiC interface. Controllable oxidation followed by oxide dissolution in HF or KOH solution allowed the SiC NPs size tuning from 17 to 9 nm. Oxide-free SiC surfaces, terminated by hydroxyls and C3Si–H groups, can be efficiently functionalized by alkenes under thermal or photochemical initiation. Treatment of SiC NPs by HF/HNO3 mixture produces a carbon-enriched surface layer with carboxylic acid groups susceptible to amide chemistry functionalization. The hydroxylated, carboxylated, and aminated SiC NPs form stable aqueous sols.

Published
2017

10. Anisotropic composite polymer for high magnetic force in microfluidic systems

Author

J. Degouttes, S. Mekkaoui, Anne-Laure Deman, Véronique Dupuis, Jean-François Chateaux, D. Le Roy, Daya S. Dhungana, Alexandre Tamion, INL - Lab-On-Chip et Instrumentation (INL - LOCI), Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut Lumière Matière [Villeurbanne] (ILM), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon, INL - Plateforme Technologique Nanolyon (INL - Nanolyon), INL - Lab-On-Chip et Instrumentation ( INL - LOCI ), Institut des Nanotechnologies de Lyon ( INL ), École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon ( CPE ) -Institut National des Sciences Appliquées de Lyon ( INSA Lyon ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes [Toulouse] ( LAAS ), Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université Toulouse III - Paul Sabatier ( UPS ), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse ( INSA Toulouse ), Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National Polytechnique [Toulouse] ( INP ), Institut Lumière Matière [Villeurbanne] ( ILM ), Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), and Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS )

Subjects
Materials science, Microfluidics, Composite number, magnetophoretic force, Nanotechnology, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, microstructuration/local magnetic gradients, Materials Chemistry, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, magnetic anisotropy, Microchannel, 010401 analytical chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, Magnetic flux, 0104 chemical sciences, Electronic, Optical and Magnetic Materials, Magnetic field, Magnetic anisotropy, composite polymer, Magnetic nanoparticles, [ SPI.NANO ] Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, 0210 nano-technology, Microfabrication
Abstract

International audience; Anisotropic carbonyl iron-PolyDiMethylSiloxane (PDMS) composites were developed and implemented in microfluidic devices to serve as magnetic flux concentrators. These original materials provide technological solutions for heterogeneous integration with PDMS. Besides microfabrication advantages, they offer interesting modular magnetic properties. Applying an external magnetic field during the PDMS reticulation leads to the formation of 1D-agglomerates of magnetic particles, organized in the non-magnetic polymer matrix. This induces an increase of susceptibility as compared to composites with randomly dispersed particles. In this report, we explored the gain in reachable magnetophoretic forces in operating microfluidic devices, from the study of magnetic micro-beads motion injected in the microchannel. We show that even at relatively large distances from the magnetically-functionalized channel wall, the anisotropic composite leads to a factor two increase in the magnetophoretic force. Finally, further investigations based on finite element description suggest that the measured benefit of anisotropic composite polymers does not only rely on the global susceptibility increase but also on the local magnetic field gradients originating from the microstructure.

Published
2017

11. Development of novel quality assurance systems based on GaN dosimeter probes for brachytherapy

Author

GUIRAL , Pierrick, Institut des Nanotechnologies de Lyon ( INL ), École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon ( CPE ) -Institut National des Sciences Appliquées de Lyon ( INSA Lyon ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Université de Lyon, Guo Neng Lu, Denis Dauvergne, Patrick Pittet, Patrice Jalade, INL - Conception de Systèmes Hétérogènes (INL - CSH), Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and STAR, ABES

Subjects
[PHYS.PHYS.PHYS-MED-PH] Physics [physics]/Physics [physics]/Medical Physics [physics.med-ph], Brachytherapy, GaN transducer, Fantôme instrumenté, Instrumented applicator, Quality assurance, Applicateur instrumenté, Transducteur GaN, GaN dosimeter probe, Sonde dosimétrique GaN, Curiethérapie, [ PHYS.PHYS.PHYS-MED-PH ] Physics [physics]/Physics [physics]/Medical Physics [physics.med-ph], [PHYS.PHYS.PHYS-MED-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Medical Physics [physics.med-ph], Assurance qualité, Instrumented phantom
Abstract

This work aims to develop and characterize novel quality assurance systems based on Gallium Nitride (GaN) dosimeter probe for brachytherapy. It includes characterization and simulation studies of the GaN transducer and of the dosimeter probe as well as the implementation and testing of two quality assurance system prototypes.The radioluminescence properties of the GaN transducer have been studied for optimization of the dosimeter response. Characterization studies of dosimeter probes incorporating miniaturized GaN transducers have been carried out in the frame of the quality assurance systems development. Monte Carlo simulations of the GaN probe under irradiation has also been performed and compared with measurements.A method which processes simultaneously the output signals from several GaN probes has been proposed for real time determination of the projector’s physical parameters (dwell position, dwell time and activity of the source). Two quality assurance system prototypes implementing this method have been designed and fabricated: an instrumented phantom for pre-treatment quality assurance and an instrumented gynecological applicator for in vivo quality control. These two prototypes have been tested and evaluated in clinical conditions and their main characteristics are satisfactory. Both systems are in line with the application requirements and offers new perspectives for quality assurance in brachytherapy, Ce travail de thèse a pour but de développer et de caractériser de nouveaux systèmes d'assurance qualité en curiethérapie, à base de sondes dosimétriques en Nitrure de Gallium (GaN). L'étude comprend d'une part la caractérisation et la simulation du transducteur GaN et de la sonde dosimétrique, et d'autre part la mise en œuvre et les tests de 2 systèmes d'assurance qualité.Les propriétés de radioluminescence du transducteur GaN ont été étudiées afin d'optimiser le signal dosimétrique des sondes. La sonde dosimétrique encapsulant un petit volume de cristal GaN a ensuite été caractérisée en vue de son intégration dans des systèmes d'assurance qualité. Des simulations Monte Carlo sur la sonde GaN ont également été effectuées et comparées aux mesures.Pour l'assurance qualité en curiethérapie, nous avons proposé une méthode utilisant plusieurs sondes GaN, pour permettre de déterminer en temps réel les principaux paramètres physiques d'un projecteur de source : la position, le temps de pause et l'activité de la source. Nous avons conçu et réalisé deux prototypes de systèmes d'assurance qualité mettant en œuvre cette méthode : un fantôme instrumenté pour le contrôle prétraitement et un applicateur gynécologique instrumenté pour le contrôle pendant le traitement. Ces deux prototypes ont été testés en conditions cliniques, et leurs principales caractéristiques sont satisfaisantes. Ils répondent aux besoins applicatifs et offrent une perspective intéressante pour de nouveaux outils de contrôle qualité en curiethérapie

Published
2017

12. Zinc oxide nanoparticles for improvement of thin film photovoltaic structures’ efficiency through down shifting conversion

Author

Bruno Masenelli, Zbigniew Lisik, Maciej Sibiński, Katarzyna Znajdek, Yao Zhu, Przemysław Sędzicki, Aleksandra Apostoluk, Łódź University of Technology, Department of Semiconductor and Optoelectronics Devices (DSOD), INL - Spectroscopies et Nanomatériaux (INL - S&N), Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE), Laboratoire de physique subatomique et des technologies associées ( SUBATECH ), IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire ( IMT Atlantique ) -Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS ( IN2P3 ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université de Nantes ( UN ), Institut des Nanotechnologies de Lyon ( INL ), École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon ( CPE ) -Institut National des Sciences Appliquées de Lyon ( INSA Lyon ), and Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS )

Subjects
Materials science, [ PHYS.COND.CM-MS ] Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Nanoparticle, Nanotechnology, 02 engineering and technology, 7. Clean energy, 01 natural sciences, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, [SPI]Engineering Sciences [physics], Photovoltaics, 0103 physical sciences, Deposition (phase transition), General Materials Science, Plasmonic solar cell, Electrical and Electronic Engineering, Thin film, [PHYS.COND]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat], [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, 010302 applied physics, Radiation, business.industry, Photovoltaic system, 021001 nanoscience & nanotechnology, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], [SPI.OPTI]Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, 0210 nano-technology, Luminescence, business, [ PHYS.COND ] Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat], Visible spectrum
Abstract

The paper presents the idea to improve the performance of thin film photovoltaic cells by a light capture enhancement through the introduction of down shifting energy converters. Luminescent down shifting layers convert high-energy photons (UV light) into low-energy ones (visible light), which are more efficient in a photovoltaic conversion. For this purpose, the application of a thin layer composed of zinc oxide (ZnO) nanoparticles deposited onto a thin film solar cell is proposed. The paper presents both experimental and theoretical results of this approach. Conducted investigations include an analysis of ZnO nanoparticle layers, deposited in two independent technology methods. The results showed that ZnO nanoparticles have a great potential of application as down converting layers and can be implemented to improve the efficiency of photovoltaic cells, especially in the field of thin film PV structures. The proposed new deposition method can potentially be used in some industrial photovoltaic applications.

Published
2017

13. Optical Investigation of the Band Structure in Wurtzite InP Nanowires

Author

Chauvin, Nicolas, Mavel, Amaury, Patriarche, G., Masenelli, Bruno, Machon, D., Gendry, Michel, INL - Spectroscopies et Nanomatériaux (INL - S&N), Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE), INL - Hétéroepitaxie et Nanostructures (INL - H&N), Laboratoire de photonique et de nanostructures (LPN), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut Lumière Matière [Villeurbanne] (ILM), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon, INL - Spectroscopies et Nanomatériaux ( INL - S&N ), Institut des Nanotechnologies de Lyon ( INL ), École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon ( CPE ) -Institut National des Sciences Appliquées de Lyon ( INSA Lyon ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), INL - Hétéroepitaxie et Nanostructures ( INL - H&N ), Laboratoire de photonique et de nanostructures ( LPN ), Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Institut Lumière Matière [Villeurbanne] ( ILM ), Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Inl, Laboratoire INL UMR5270

Subjects
[PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS] Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], [PHYS]Physics [physics], [PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS]Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], [ PHYS ] Physics [physics], [ PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS ] Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], [SPI.OPTI] Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, [SPI.NANO] Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, [ SPI.MAT ] Engineering Sciences [physics]/Materials, [SPI.MAT] Engineering Sciences [physics]/Materials, [PHYS] Physics [physics], [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, [SPI.OPTI]Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, [ SPI.NANO ] Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, [ SPI.OPTI ] Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract

International audience; no abstract

Published
2017

14. VERS UN TRANSDUCTEUR OPTO-MECANIQUE POUR L’ELASTOGRAPHIE-IRM ?

Author

Ceilier , Morgane, Sablong , Raphaël, Faivre , Magalie, Lambert , Simon, Centre de Recherche en Acquisition et Traitement de l'Image pour la Santé (CREATIS), Université Jean Monnet [Saint-Étienne] (UJM)-Hospices Civils de Lyon (HCL)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), RMN et optique : De la mesure au biomarqueur, Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université Jean Monnet [Saint-Étienne] (UJM)-Hospices Civils de Lyon (HCL)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), INL - Lab-On-Chip et Instrumentation (INL - LOCI), Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre de Recherche en Acquisition et Traitement de l'Image pour la Santé ( CREATIS ), Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon ( INSA Lyon ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Hospices Civils de Lyon ( HCL ) -Université Jean Monnet [Saint-Étienne] ( UJM ) -Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale ( INSERM ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), 5 - RMN et optique : De la mesure aux biomarqueurs, Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Hospices Civils de Lyon ( HCL ) -Université Jean Monnet [Saint-Étienne] ( UJM ) -Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale ( INSERM ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), INL - Lab-On-Chip et Instrumentation ( INL - LOCI ), Institut des Nanotechnologies de Lyon ( INL ), École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon ( CPE ) -Institut National des Sciences Appliquées de Lyon ( INSA Lyon ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -École Centrale de Lyon ( ECL ), and Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS )

Subjects
[SDV.IB.IMA]Life Sciences [q-bio]/Bioengineering/Imaging, [ SDV.IB.IMA ] Life Sciences [q-bio]/Bioengineering/Imaging
Abstract

International audience; L’élastographie par IRM (ERM)est une technique d’imagerie par résonance magnétique (IRM) [1-2]qui permet la cartographie des propriétés mécaniques des tissus biologiques in vivo par enregistrement IRM d’une onde mécanique engendrée par un transducteur mécanique. Jusqu’à présent, les systèmes de génération des ondes ont été utilisés en application externe soit par contact direct du transducteur avec le corps, soit en faisant appel à un système de transmission de l’onde, le déport du transducteur évitant les artefacts IRM induits par la partie active du dispositif électromécanique [3]. Cependant les techniques développées à ce jour rencontrent des difficultés de mise en oeuvre, de certifications cliniques.Le transducteur idéal doit transmettre des ondes basses fréquence (0 à 1000 Hz) d’amplitude suffisante (>10 μm) tout en évitant d’induire des artefacts dans l’image lié au choix du mode de transduction : les alimentations électriques des transducteurs électromécaniques doivent être évités et les solutions éventuels de déport des sources d’excitation rendues plus efficaces. Enfin pour des applications en préclinique le transducteur doit pouvoir être miniaturisé.Nous cherchons ici à évaluer si un cantilever en cristaux liquides d’azobenzene optiquement stimulé[4] pourrait satisfaire les contraintes précédemment citées , en particulier est-ce que le mouvement du cantilever est affecté par la présence du champ magnétique statique de l’aimant d’IRM ?1. R Muthupillai et al., Science 19952. R. Sinkus et al., Phys Med Biol. 20003. El Sayed 2014 ISBIN (978-1466512221)4. – 8 T. White et al., Soft Matter 2008

Published
2017

15. Integration of functions dedicated to the mechanical solicitation and characterization of biological cells in microfluidic devices

Author

Amirouche, Amin, STAR, ABES, Institut des Nanotechnologies de Lyon ( INL ), École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon ( CPE ) -Institut National des Sciences Appliquées de Lyon ( INSA Lyon ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Université de Lyon, Rosaria Ferrigno, Magalie Faivre, INL - Lab-On-Chip et Instrumentation (INL - LOCI), Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Relaxation, Phenotype mécanique, Microfluidique, Microfluidics, [PHYS.MECA.BIOM] Physics [physics]/Mechanics [physics]/Biomechanics [physics.med-ph], Electrodeformation, Globules rouges, Red blood cell, Déformabilité, Deformability, Électrodéformation, [PHYS.MECA.BIOM]Physics [physics]/Mechanics [physics]/Biomechanics [physics.med-ph], [ PHYS.MECA.BIOM ] Physics [physics]/Mechanics [physics]/Biomechanics [physics.med-ph], Mechanical phenotype
Abstract

This thesis aims at evaluating two different techniques for the distinction of mechanically impaired biological samples. Both approaches were developed and investigated keeping in mind the long term objective which is the application of these approaches to diagnosis based on cell mechanical phenotype. Although, we developed these approaches on Red Blood Cells as as their mechanical properties can be affected by important pathologies, all the concepts developed in this work can be adapted to other cell types.We characterized mechanically RBCs using a passive microfluidic technique. We focused on the shape relaxation of healthy Red Blood Cells (hRBCs) flowing out of an oscillating width channel and demonstrated the dependency of their mechanical response upon the experimental conditions. We reported the existence of two relaxation modes for RBCs depending on the flow parameters, we used the interface between the two modes to extract the mechanical properties of RBC.Using a second approach, we presented the results obtained during the study of the mechanical behavior of hRBCs using electrodeformation assays. We investigated the influence of the solicitation parameters on the cell response and concluded on optimized conditions for cell solicitation without altering them. Finally, we evaluated both techniques in the discrimination of rigidified samples from healthy couterparts. Advantages and drawbacks of both techniques were discussed, Cette thèse vise à évaluer deux techniques différentes pour la distinction d'échantillons biologiques mécaniquement altérés. Les deux approches ont été mises au point et étudiées avec un objectif à long terme qui est l'application de ces méthodes au diagnostic basé sur le phénotype mécanique. Bien que, nous avons élaboré ces approches dans le cas de globules rouges (GR), comme leurs propriétés mécaniques peuvent être affectées par des pathologies importantes, tous les concepts développés dans ce travail peuvent être adaptés à d'autres types de cellules.Nous avons caractérisé les propriétés mécaniques de GR à l'aide d'une technique microfluidique passive. L'accent a été mis sur la relaxation de globules rouges sains (GRs) à la sortie d'un canal à largeur variante et la dépendance de la réponse mécanique aux conditions expérimentales a été démontrée. Nous avons rapporté deux modes de relaxation du GR en fonction des paramètres de l'écoulement, et nous avons utilisé l'interface entre ces deux modes pour remonter aux propriétés mécaniques du GR. Lors de la seconde approche, nous avons présenté les résultats obtenus au cours de l'étude du comportement mécanique des GRs à l'aide de l'électrodeformation. Nous avons étudié l'influence des paramètres expérimentaux sur la réponse cellulaire et conclu sur des conditions optimisées pour la sollicitation des cellules sans les altérer. Pour finir, nous avons fait le point sur l'évaluation de ces deux techniques dans la discrimination des échantillons mécaniquement défaillants des sujets sains. Les avantages et inconvénients des deux approches ont été discutés

Published
2017

16. ZnO and its doped structures for the applications in LEDs, solar cells and gas sensors

Author

Apostoluk, Aleksandra, Zhang, Yu, Masenelli, Bruno, Daniele, S., LEBAIL, N., Cornier, T., Laboratoire des propriétés optiques des matériaux et applications ( LPOMA ), Université d'Angers ( UA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), INL - Spectroscopies et Nanomatériaux ( INL - S&N ), Institut des Nanotechnologies de Lyon ( INL ), École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon ( CPE ) -Institut National des Sciences Appliquées de Lyon ( INSA Lyon ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), IRCELYON-Chimie durable: du fondamental à l'application ( CDFA ), Institut de recherches sur la catalyse et l'environnement de Lyon ( IRCELYON ), Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), INL - Spectroscopies et Nanomatériaux (INL - S&N), Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), IRCELYON-C'Durable (CDURABLE), Institut de recherches sur la catalyse et l'environnement de Lyon (IRCELYON), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC), and Inl, Laboratoire INL UMR5270

Subjects
[PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS] Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], [PHYS]Physics [physics], [PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS]Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], [ PHYS ] Physics [physics], [ PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS ] Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], [SPI.OPTI] Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, [SPI.NANO] Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, [ SPI.MAT ] Engineering Sciences [physics]/Materials, [SPI.MAT] Engineering Sciences [physics]/Materials, [PHYS] Physics [physics], [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, [SPI.OPTI]Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, [ SPI.NANO ] Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, [ SPI.OPTI ] Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract

26th-30th June 2017; International audience; no abstract

Published
2017

17. Morphological and crystalline characterization of pulsed laser deposited pentacene thin films for organic transistor applications

Author

Sarah Desplanche, Abdou Karim Diallo, Catalin Constantinescu, Mamadouba Kaba, Vincent Rodriguez, Antonio Pereira, Anne-Patricia Alloncle, Jose Penuelas, Christine Videlot-Ackermann, Sergey Sirotkin, David Talaga, Sébastien Bonhommeau, Philippe Delaporte, Institut Lumière Matière [Villeurbanne] (ILM), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut des Sciences Moléculaires (ISM), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale Supérieure de Chimie et de Physique de Bordeaux (ENSCPB)-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Université Montesquieu - Bordeaux 4-Institut de Chimie du CNRS (INC), Laboratoire Lasers, Plasmas et Procédés photoniques (LP3), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Aix Marseille Université (AMU), Institut de Recherche sur les CERamiques (IRCER), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut des Procédés Appliqués aux Matériaux (IPAM), Université de Limoges (UNILIM)-Université de Limoges (UNILIM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre Interdisciplinaire de Nanoscience de Marseille (CINaM), INL - Hétéroepitaxie et Nanostructures (INL - H&N), Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE), Université de Lille, Sciences et Technologies, Laboratoire de Mécanique de Lille - FRE 3723 ( LML ), Université de Lille, Sciences et Technologies-Ecole Centrale de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer ( IFREMER ), Laboratoire de Physico-Chimie des Matériaux Luminescents ( LPCML ), Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Laboratoire Lasers, Plasmas et Procédés photoniques ( LP3 ), Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Aix Marseille Université ( AMU ), INL - Hétéroepitaxie et Nanostructures ( INL - H&N ), Institut des Nanotechnologies de Lyon ( INL ), École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon ( CPE ) -Institut National des Sciences Appliquées de Lyon ( INSA Lyon ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Institut des Sciences Moléculaires ( ISM ), Université Montesquieu - Bordeaux 4-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-École Nationale Supérieure de Chimie et de Physique de Bordeaux (ENSCPB)-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Centre Interdisciplinaire de Nanoscience de Marseille ( CINaM ), Aix Marseille Université ( AMU ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Institut universitaire des systèmes thermiques industriels ( IUSTI ), Université Montesquieu - Bordeaux 4-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-École Nationale Supérieure de Chimie et de Physique de Bordeaux (ENSCPB)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Aix Marseille Université (AMU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut des Procédés Appliqués aux Matériaux (IPAM), Université de Limoges (UNILIM)-Université de Limoges (UNILIM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École Supérieure de Chimie Physique Électronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL), and Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Materials science, [ SPI.MAT ] Engineering Sciences [physics]/Materials, Analytical chemistry, General Physics and Astronomy, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, Pulsed laser deposition, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, Pentacene, chemistry.chemical_compound, Crystallinity, symbols.namesake, Thin film, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, [PHYS]Physics [physics], [PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS]Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], [ PHYS ] Physics [physics], [ PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS ] Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], business.industry, Surfaces and Interfaces, General Chemistry, Combustion chemical vapor deposition, Surface-enhanced Raman spectroscopy, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, 0104 chemical sciences, Surfaces, Coatings and Films, chemistry, Thin-film transistor, symbols, [SPI.OPTI]Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, Optoelectronics, [ SPI.NANO ] Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, [ SPI.OPTI ] Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, 0210 nano-technology, business, Raman spectroscopy
Abstract

International audience; We show that high-quality pentacene (P5) thin films of high crystallinity and low surface roughness can be produced by pulsed laser deposition (PLD) without inducing chemical degradation of the molecules. By using Raman spectroscopy and X-ray diffraction measurements, we also demonstrate that the deposition of P5 on Au layers result in highly disordered P5 thin films. While the P5 molecules arrange within the well-documented 1.54-nm thin-film phase on high-purity fused silica substrates, this ordering is indeed destroyed upon introducing an Au interlayer. This observation may be one explanation for the low electrical performances measured in P5-based organic thin film transistors (OTFTs) deposited by laser-induced forward transfer (LIFT).

Published
2017

18. Study of the nucleation and growth of InP nanowires on silicon with gold-indium catalyst

Author

Gilles Patriarche, Michel Gendry, Amaury Mavel, Philippe Regreny, Bruno Masenelli, Nicolas Chauvin, INL - Hétéroepitaxie et Nanostructures ( INL - H&N ), Institut des Nanotechnologies de Lyon ( INL ), École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon ( CPE ) -Institut National des Sciences Appliquées de Lyon ( INSA Lyon ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), INL - Spectroscopies et Nanomatériaux ( INL - S&N ), Laboratoire de photonique et de nanostructures ( LPN ), Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), INL - Hétéroepitaxie et Nanostructures (INL - H&N), Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE), INL - Spectroscopies et Nanomatériaux (INL - S&N), Laboratoire de photonique et de nanostructures (LPN), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL), and Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Materials science, Silicon, [ SPI.MAT ] Engineering Sciences [physics]/Materials, Nucleation, Nanowire, chemistry.chemical_element, Nanotechnology, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, Catalysis, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, Inorganic Chemistry, Pedestal, 0103 physical sciences, Materials Chemistry, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, Wurtzite crystal structure, 010302 applied physics, [PHYS]Physics [physics], [PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS]Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], [ PHYS ] Physics [physics], [ PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS ] Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, chemistry, Chemical engineering, [SPI.OPTI]Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, [ SPI.NANO ] Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, [ SPI.OPTI ] Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, 0210 nano-technology, Indium, Molecular beam epitaxy
Abstract

The nucleation and the structural and optical properties of InP nanowires (NWs) grown on Si(111) by molecular beam epitaxy using the vapor-liquid-solid method with gold-indium droplets as catalyst are investigated as a function of the temperature of the formation of the catalyst droplets and of the NW growth time. It is highlighted a complex behavior of the gold-indium catalyst droplets depending on the temperature. It is then shown than an InP pyramid-like pedestal is formed prior to the NW growth. When the temperature of formation of the catalyst droplets is lower than 550 °C, almost only vertically standing pure wurtzite InP NWs are grown on Si(111).

Published
2017

19. Green Nanotechnology : polymers from biomass as eco-friendly resists for lithography

Author

CAILLAU, Mathieu, STAR, ABES, INL - Chimie et Nanobiotechnologies ( INL - C&N ), Institut des Nanotechnologies de Lyon ( INL ), École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon ( CPE ) -Institut National des Sciences Appliquées de Lyon ( INSA Lyon ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Université de Lyon, Yann Chevolot, Jean-Louis Leclercq, INL - Chimie et Nanobiotechnologies (INL - C&N), Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
[SPI.OTHER]Engineering Sciences [physics]/Other, Résine, Biopolymer, Lithography, [ SPI.OTHER ] Engineering Sciences [physics]/Other, Biopolymères, [SPI.OTHER] Engineering Sciences [physics]/Other, Nanotechnologies, Etching, Greentech, Nanotechnology, Resist, Lithographie, Gravure
Abstract

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., 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.

Published
2017

20. Metallic nanoparticle-based strain sensors elaborated by atomic layer deposition

Author

M. Le Berre, Daniel Thomas, Annie Malchere, Matthieu Bugnet, M. R'Mili, C. Malhaire, Siddardha Koneti, Lucian Roiban, Andrei Sabac, Rémi Rafael, Etienne Puyoo, INL - Dispositifs Electroniques ( INL - DE ), Institut des Nanotechnologies de Lyon ( INL ), École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon ( CPE ) -Institut National des Sciences Appliquées de Lyon ( INSA Lyon ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Matériaux, ingénierie et science [Villeurbanne] ( MATEIS ), Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Institut National des Sciences Appliquées de Lyon ( INSA Lyon ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ), INL - Dispositifs Electroniques (INL - DE), Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE), Matériaux, ingénierie et science [Villeurbanne] (MATEIS), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), and Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Wheatstone bridge, Physics and Astronomy (miscellaneous), [ SPI.MAT ] Engineering Sciences [physics]/Materials, Nanoparticle, Nanotechnology, 02 engineering and technology, Bending, 01 natural sciences, law.invention, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, Atomic layer deposition, law, 0103 physical sciences, Composite material, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Strain gauge, 010302 applied physics, Physics, [PHYS]Physics [physics], [PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS]Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], [ PHYS ] Physics [physics], [ PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS ] Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], 021001 nanoscience & nanotechnology, Pressure sensor, Gauge factor, [SPI.OPTI]Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, [ SPI.NANO ] Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, [ SPI.OPTI ] Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, 0210 nano-technology, Short circuit
Abstract

International audience; Platinum nanoparticle-based strain gauges are elaborated by means of atomic layer deposition on flexible polyimide substrates. Their electro-mechanical response is tested under mechanical bending in both buckling and conformational contact configurations. A maximum gauge factor of 70 is reached at a strain level of 0.5%. Although the exponential dependence of the gauge resistance on strain is attributed to the tunneling effect, it is shown that the majority of the junctions between adjacent Pt nanoparticles are in a short circuit state. Finally, we demonstrate the feasibility of an all-plastic pressure sensor integrating Pt nanoparticle-based strain gauges in a Wheatstone bridge configuration.

Published
2017

21. Control of the compensating defects in Al-doped and Ga-doped ZnO nanocrystals for MIR plasmonics

Author

Hamza Taha, M., Boisron, O., Canut, B., Mélinon, P., Penuelas, J., Gendry, M., Masenelli, B., Institut Lumière Matière [Villeurbanne] ( ILM ), Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), INL - Spectroscopies et Nanomatériaux ( INL - S&N ), Institut des Nanotechnologies de Lyon ( INL ), École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon ( CPE ) -Institut National des Sciences Appliquées de Lyon ( INSA Lyon ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), INL - Hétéroepitaxie et Nanostructures ( INL - H&N ), INL - Spectroscopies et Nanomatériaux (INL - S&N), Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE), Institut Lumière Matière [Villeurbanne] (ILM), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and INL - Hétéroepitaxie et Nanostructures (INL - H&N)

Subjects
[PHYS]Physics [physics], [ PHYS ] Physics [physics], [ PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS ] Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], [ SPI.MAT ] Engineering Sciences [physics]/Materials, [ SPI.NANO ] Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, [ SPI.OPTI ] Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic
Abstract

International audience; In degenerate semiconductor nanoparticles, the tuning range of the plasmon resonance is directly controlled by the electron gas concentration and thus by the dopant activation. Here, we investigate the improvement of the dopant activation in ZnO-based nanocrystals for mid IR plasmonics. For that purpose, we have synthesized Al-doped and Ga-doped ZnO nanocrystals in O-rich and O-poor environments. We show that the free carrier concentration can be doubled for the samples grown in O-poor environment. Accordingly, the plasmon resonance shifts from 5 µm to 3.1 µm. In analogy with previous results from Ga-doped ZnO thin films, we discuss the effect of the possible reduction of the concentration of acceptor-like complexes such as AlZn – VZn and AlZn – Oi (resp. GaZn – VZn and GaZn – Oi) on the activation improvement. Besides, whether long or rapid, thermal annealing does not improve the compensation ratio. Consequently, the control of O content during synthesis remains to most valuable tool to achieve the highest dopant activation in doped ZnO nanocrystals.

Published
2017

22. Innovative processes adapted to PERC thin-film crystalline silicon solar cells

Author

Gérenton, Félix, INL - Photovoltaïque (INL - PV), Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Lyon, Mustapha Lemiti, STAR, ABES, Institut des Nanotechnologies de Lyon ( INL ), École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon ( CPE ) -Institut National des Sciences Appliquées de Lyon ( INSA Lyon ), and Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS )

Subjects
Passivated Emitter und Rear Cell - PERC, Energie solaire, Photovoltaic Cell, Thin films, Crystaline silicon, [SPI.TRON] Engineering Sciences [physics]/Electronics, [ SPI.TRON ] Engineering Sciences [physics]/Electronics, Couches minces silicium cristallin, [SPI.TRON]Engineering Sciences [physics]/Electronics, Passivation, Cellule photovoltaïque, Cellule Perc - Passivated Emitter und Rear Cell, Mix énergétique, Nanoimprint, Nanoimpression
Abstract

The cost of fabrication of photovoltaic modules is a critical figure for settling solar power into the energy mix. One way to lower this cost is to decrease silicon use in photovoltaic cells. It is technically possible to produce crystalline silicon solar cells only a few dozens of microns thick, although this represents a challenge both for their fabrication process and their optimization. This last one is different from cells of standard thickness, especially by the need of high level light trapping and surface passivation. Two structures will be studied in order to fulfill these aspects : a reflector on the rear side of the cell, and an innovative texturing process used to limit the etching of the already thin silicon absorber. Eventually, the implementation of the rear side reflector into photovoltaic cells will be discussed. The rear side reflector optimized for thin-film crystalline silicon solar cells has shown very good passivating and reflecting properties, as well as compatibility with the overall fabrication process. Moreover, the advanced texturation process developped in this work has shown a large potential gain in photogeneration for thin solar cells. These structures have been characterized and have shown a reflectivity and a passivation level coherent with the state-of-the-art. Finally, solar cells of standard thickness have been fabricated with the thin solar cells process, and have shown an improvement from the rear side reflector in comparison with a standard cell structure. Moreover, making these cells with the thin cells process has shown that the non-standard steps of this process are compatible with high-performance solar cells fabrication., Le coût de fabrication des modules photovoltaïques est un point critique pour implanter l’énergie solaire dans le mix énergétique. L’un des moyens d’abaisser ce coût est la réduction de l’épaisseur de silicium utilisé pour la fabrication des cellules photovoltaïques. Il est techniquement possible de produire des cellules photovoltaïques en silicium cristallin d’une épaisseur de quelques dizaines de micromètres d’épaisseur seulement, bien que cela représente un défi à la fois pour le procédé de fabrication de telles cellules et pour leur optimisation. Celle-ci est différente des cellules d’épaisseur conventionnelle notamment par le besoin d’un piégeage optique et d’une passivation de surface de haut niveau. Cet aspect sera étudié au travers de deux structures : un réflecteur en face arrière de la cellule, et un procédé de texturisation innovant pour limiter la gravure du silicium de la cellule, déjà mince. Enfin, l’implantation du réflecteur dans des cellules photovoltaïques sera traitée. L’optimisation du réflecteur considéré pour des cellules minces en silicium cristallin a montré de très bonnes propriétés réfléchissantes et de passivation de surface, ainsi qu’une compatibilité avec l’ensemble des étapes du procédé de fabrication. Ensuite, la texturisation avancée développée dans ce travail a montré un gain potentiel important en photogénération pour des cellules de faible épaisseur. La caractérisation de ces structures a montré des performances optiques et électriques comparables à l’état-de-l’art. Enfin, la fabrication de cellules photovoltaïques d’épaisseur standard utilisant le procédé développé pour les cellules minces a montré le gain du réflecteur développé pour la face arrière par rapport à une structure classique de cellule. De plus, la réalisation de ces cellules avec le procédé destiné aux cellules minces a permis d’établir que les étapes non-standard du procédé sont compatibles avec l’obtention de cellules photovoltaïques performantes.

Published
2016

23. Intégration 3D de dispositifs SETs dans le Back-End-Of-Line en technologies CMOS 28 nm pour le développement de capteurs ultra basse consommation

Author

AYADI , Yosri, INL - Dispositifs Electroniques (INL - DE), Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Lyon, Université de Sherbrooke (Québec, Canada), Dominique Drouin, Abdelkader Souifi, STAR, ABES, INL - Dispositifs Electroniques ( INL - DE ), Institut des Nanotechnologies de Lyon ( INL ), École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon ( CPE ) -Institut National des Sciences Appliquées de Lyon ( INSA Lyon ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -École Centrale de Lyon ( ECL ), and Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS )

Subjects
Hydrogen detection, SET - Single Electron Transistor, MW-CNT networks, Texturation de surface de la couche sensible, Sensors, Capteur de gaz, Détection de dihydrogène, Intégration 3D monolithique, 3D monolithic integration, Capteur, [SPI.TRON] Engineering Sciences [physics]/Electronics, [ SPI.TRON ] Engineering Sciences [physics]/Electronics, Réseaux de MW-CNTs, [SPI.TRON]Engineering Sciences [physics]/Electronics, FET-Based gas sensor, Ultra-Basse consommation, Transistor mono-Électroniques - SET, Electronics, Sensing layer texturing, Electronique, Capteur de gaz à base de FET
Abstract

The need of integration of new functionalities on mobile and autonomous electronic systems has to take into account all the problematic of heterogeneity together with energy consumption and thermal power dissipation. Therefore, the work presented in this thesis is focussed on the proof of concept of 3D monolithical integration of SETs on CMOS technology for high sensitivity and ultra-low power gas sensing functionality. The proposed approach is to integrate metallic double gate-single electron transistors (DG-SETs) in the Back-End-Of-Line (BEOL) of CMOS circuits (within the CMOS interconnect layers) using the nanodamascene process. The main objective of this Ph.D. thesis can be divided into 4 parts: (1) modelling and simulation of a DG-SET and an FD-SOI MOSFET based gas sensor response, and estimation of the sensitivity as well as the power consumption; (2) investigation of Pt sensitivity to hydrogen by surface charge measurement technique and development of the sensing electrode surface texturing process with CNT networks; (3) development and optimization of DG-SET integration process in the BEOL of a CMOS substrate, and (4) FD-SOI MOSFET functionalization with Pt for H2 sensing., Les systèmes mobiles intelligents sont déjà dotés de plusieurs composants de type capteur comme les accéléromètres, les thermomètres et les détecteurs infrarouge. Cependant, jusqu’à aujourd’hui l’intégration de capteurs chimiques dans des systèmes compacts sur puce reste limitée pour des raisons de consommation d’énergie et dissipation de chaleur principalement. Le travail présenté dans cette thèse fut donc concentrée sur la démonstration de l’intégration 3D monolithique de SETs sur un substrat de technologie CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) pour la réalisation de la fonction capteurs de gaz très sensible et ultra basse consommation d’énergie. L’approche proposée consiste à l’intégration de SETs métalliques à double grilles dans l'unité de fabrication finale BEOL (Back-End-Of-Line) d'une technologie CMOS à l’aide du procédé nanodamascene. L'objectif principal de cette thèse de doctorat peut être divisé en 4 parties : (1) la modélisation et simulation de la réponse d’capteur de gaz à base de SET à double grilles ou d’un MOSFET FD-SOI, et l’estimation de la sensitivité ainsi que la puissance consommée; (2) la caractérisation de la sensitivité du Pt comme couche sensible pour la détection du H2 par la technique de mesure de charge de surface, et le développement du procédé de texturation de surface de la grille fonctionnalisée avec les réseaux de nanotubes de carbone; (3) le développement et l’optimisation du procédé de fabrication des SETs à double grilles dans l’entité BEOL d’un substrat CMOS; et (4) la fonctionnalisation d’un MOSFET FD-SOI avec du Pt pour réalise la fonction de capteur de H2.

Published
2016

24. Design, fabrication and characterization of a hybrid III-V on silicon transmitter for high-speed communications

Author

Ferrotti, Thomas, Institut des Nanotechnologies de Lyon ( INL ), École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon ( CPE ) -Institut National des Sciences Appliquées de Lyon ( INSA Lyon ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Université de Lyon, Christian Seassal, Badhise Ben Bakir, Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and STAR, ABES

Subjects
[SPI.OTHER]Engineering Sciences [physics]/Other, Photonique sur silicium, Mach-Zehnder modulators, [ SPI.OTHER ] Engineering Sciences [physics]/Other, [SPI.OTHER] Engineering Sciences [physics]/Other, Circuits photoniques intégrés, Lasers hybrides III-V sur silicium, Silicon photonics, Modulateurs Mach-Zehnder, Hybrid III-V on silicon lasers, Integrated photonic circuits
Abstract

For several years, the volume of digital data exchanged across the world has increased relentlessly. To manage this large amount of information, high data transmission rates over long distances are essential. Since copper-based interconnections cannot follow this tendency, high-speed optical transmission systems are required in the data centers. In this context, silicon photonics is seen as a way to obtain fully integrated photonic circuits at an expected low cost. While this technology has experienced significant growth in the last decade, the high-speed transmitters demonstrated up to now are mostly based on external laser sources. Thus, the aim of this PhD thesis was to design and produce a high-speed silicon photonic transmitter with an integrated laser source.This transmitter is composed of a high-speed silicon Mach-Zehnder, co-integrated on the same wafer with a hybrid III-V on silicon distributed Bragg reflector laser, which emission wavelength can be electrically tuned in the 1.3μm wavelength region. The design of the various elements constituting both the laser (III-V to silicon adiabatic couplers, Bragg reflectors) and the modulator (p-n junctions, travelling-wave electrodes) is thoroughly detailed, as well as their fabrication. During the characterization of the transmitters, high-speed data transmission rates up to 25Gb/s, for distances up to 10km are successfully demonstrated, with the possibility to tune the operating wavelength up to 8.5nm. Additionally, in order to further improve the integration of the laser source with the silicon photonic circuit, a solution based on the low-temperature (below 400°C) deposition of an amorphous silicon layer during the fabrication process is also evaluated. Tests on a distributed feed-back laser structure have shown performances at the state-of-the-art level (with output powers above 30mW), thus establishing the viability of this approach., Depuis plusieurs années, le volume de données échangé à travers le monde augmente sans cesse. Pour gérer cette large quantité d’information, des débits élevés de transmission de données sur de longues distances sont essentiels. Puisque les interconnections à base de cuivre ne peuvent pas suivre cette tendance, des systèmes de transmission optique rapides sont requis dans les centre de données. Dans ce contexte, la photonique sur silicium est considérée comme une solution pour obtenir des circuits photoniques intégrés à un coût réduit. Bien que cette technologie ait connu une croissance significative au cours de la dernière décennie, les transmetteurs actuels à haut débit de transmission sont principalement basés sur des sources laser externes. Par conséquent, l’objectif de ce travail de thèse était de concevoir et produire un transmetteur à haut débit de transmission de données pour la photonique sur silicium, doté d’une source laser intégrée.Ce transmetteur se compose d’un modulateur silicium de type Mach-Zehnder, co-intégré sur la même plaque avec un laser hybride III-V sur silicium à réseaux de Bragg distribués, dont la longueur d’onde d’émission peut être contrôlée électriquement autour de 1.3μm. La conception des différents éléments constituant à la fois le laser (coupleurs adiabatique entre le III-V et le silicium, miroirs de Bragg) et le modulateur (jonctions p-n, électrodes à ondes progressives) est détaillée, de même que leur fabrication. Pendant la caractérisation des transmetteurs, des taux de transmission de données jusqu’à 25Gb/s, pour des distances allant jusqu’à 10km ont été démontrés avec succès, avec la possibilité de contrôler la longueur d’onde jusqu’à 8.5nm. Par ailleurs, afin d’améliorer l’intégration de la source laser avec le circuit photonique sur silicium, une solution basée sur le dépôt à basse température (en-dessous de 400°C) d’une couche de silicium amorphe pendant la fabrication est aussi évaluée. Des tests sur une cavité laser à contre-réaction distribuée ont montré des performances au niveau de l’état de l’art (avec des puissances de sortie supérieures à 30mW), prouvant ainsi la viabilité de cette approche.

Published
2016

25. Measurement techniques of electrical quantites suited for nanocircuits

Author

P. Maillot, Pascal Chrétien, Dominique Deresmes, Łukasz Borowik, Chevalier Nicolas, P Gournay, Khalifa Aguir, Brice Gautier, Olivier Schneegans, Johannes Hoffmann, François Piquemal, Frédéric Houzé, INL - Dispositifs Electroniques (INL - DE), Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École Supérieure de Chimie Physique Électronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Génie électrique et électronique de Paris (GeePs), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut des Matériaux, de Microélectronique et des Nanosciences de Provence (IM2NP), Aix Marseille Université (AMU)-Université de Toulon (UTLN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut Fédéral de Métrologie (METAS), METAS, Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives - Laboratoire d'Electronique et de Technologie de l'Information (CEA-LETI), Direction de Recherche Technologique (CEA) (DRT (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Laboratoire commun de métrologie LNE-CNAM (LCM), Laboratoire National de Métrologie et d'Essais [Trappes] (LNE )-Conservatoire National des Arts et Métiers [CNAM] (CNAM), HESAM Université - Communauté d'universités et d'établissements Hautes écoles Sorbonne Arts et métiers université (HESAM)-HESAM Université - Communauté d'universités et d'établissements Hautes écoles Sorbonne Arts et métiers université (HESAM), STMicroelectronics, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE), Université de Toulon (UTLN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Aix Marseille Université (AMU), Institut des Nanotechnologies de Lyon ( INL ), École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon ( CPE ) -Institut National des Sciences Appliquées de Lyon ( INSA Lyon ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Laboratoire Génie électrique et électronique de Paris ( GeePs ), Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -CentraleSupélec-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 ( UPMC ) -Université Paris-Sud - Paris 11 ( UP11 ), Institut des Matériaux, de Microélectronique et des Nanosciences de Provence ( IM2NP ), Aix Marseille Université ( AMU ) -Université de Toulon ( UTLN ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Institut Fédéral de Métrologie ( METAS ), Laboratoire d'Electronique et des Technologies de l'Information ( CEA-LETI ), Université Grenoble Alpes [Saint Martin d'Hères]-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ), Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie (IEMN) - UMR 8520 ( IEMN ), Ecole Centrale de Lille-Institut supérieur de l'électronique et du nunérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambresis ( UVHC ) -Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Laboratoire National de Métrologie et d'Essais - Institut National de Métrologie ( LNE- INM ), Conservatoire National des Arts et Métiers [CNAM] : EA2367, and Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-École Centrale de Lyon (ECL)

Subjects
Physics, atomic force microscopy, Atomic force microscopy, nanoscale electrical measurement of capacitance, mesure de champ électrique à l'échelle nanométrique, Microélectronique, mesure de capacité à l'échelle nanométrique, microscopie à force atomique, nanoscale electrical measurement of resistance, nano-electronics, [ SPI.NANO ] Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, nano-électronique, nanoscale electrical measurement of electric field, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, mesure de résistance à l'échelle nanométrique, Humanities, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, microelectronic
Abstract

International audience; This article reviews the different techniques based on atomic force microscopy that can provide information on electrical quantities with a spatial resolution close to a few nanometers or tens of nanometers. The quantities to be measured are electric current, capacitance, electric field and electric potential. Each technique is precisely described, with its strengths and weaknesses, and examples from current research in micro-electronics are given. The metrological aspects of the techniques applied to nano-circuits are emphasised, sources of error are identified, and possible ways to improve them are suggested.; Cet article passe en revue les différentes techniques fondées sur la microscopie à force atomique, capables de fournir une information électrique avec une résolution spatiale de l'ordre du nanomètre ou de la dizaine de nanomètres. Les grandeurs mesurées peuvent être le courant, la capacité, le champ ou le potentiel électrique. Chaque technique est décrite précisément au moyen d'exemples tirés de la recherche en micro-nanoélectronique, et le périmètre de ses performances est délimité. Les aspects métrologiques de telles mesures appliquées aux nanocircuits sont mis en avant, les sources d'erreur identifiées et des pistes d'amélioration proposées.

Published
2016

26. Couches minces d'oxydes pyroélectriques épitaxiées sur Si pour la récupération d'énergie thermique

Author

Moalla, Rahma, Institut des Nanotechnologies de Lyon ( INL ), École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon ( CPE ) -Institut National des Sciences Appliquées de Lyon ( INSA Lyon ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Université de Lyon, Christian Seassal, Romain Bachelet, Nicolas Baboux, INL - Hétéroepitaxie et Nanostructures (INL - H&N), Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and STAR, ABES

Subjects
[SPI.OTHER]Engineering Sciences [physics]/Other, Oxydes cristallins, Sol-gel, Hétérostructures, Oxydes fonctionnels, Hétéroépitaxie, [ SPI.OTHER ] Engineering Sciences [physics]/Other, [SPI.OTHER] Engineering Sciences [physics]/Other, BSTO, XRD, PZT, Molecular Beam Epitaxy (MBE), Cycle d'hystérésis, Epitaxie par jets moléculaires (MBE), Mesures pyroélectriques, Crystalline oxides, Pyroelectric measurements, Heteroepitaxy, Hysteresis loops, Functional oxides, Oxydes pyroélectriques, Pyroelectric oxides, Heterostructures, Thermal energy harvesting, Récupération de l'énergie thermique
Abstract

Due to the wasted heat in ever more compact microelectronic devices, the harvesting of thermal energy has become interesting for self-powering small devices. Consequently, pyroelectric materials witch couple a change in temperature to a change in electrical polarization may be used for the conversion of the thermal energy to an electric energy without necessity of maintaining thermal gradients that is a main drawback in compact devices with thermoelectric materials. In this thesis, PbZro.52Tio.48O3 (PZT) and BaxSr1-xTiUO3 (x = l and x = 0.7), with high pyroelectric coefficients are chosen, elaborated in thin epitaxial layers, characterized structurally and electrically to study their potential for thermal energy harvesting. This work has two aspects: the first consists in the development and optimization of the growth conditions of epitaxial heterostructures integrated on Si. The second one focuses on the study of the functional properties ( ferroelectric, dielectric and pyroelectric) and the estimation of the energy harvesting efficiency mainly of PZT layers. A correlation between these two aspects is then done. A change in the crystal structure is shown on the Si-integrated stacks in comparison with equivalent structures grown on STO substrate. This structural behavior impacts directly the functional properties of the heteroepitaxial layers of PZT. Th us, an important anisotropy of these properties was demonstrated and completed by a study of the in plane properties using measurements by interdigital capacitors. These observations were consistent with measurements of X - ray diffraction as a function of temperature. Otherwise, different methods and configurations of pyroelectric coefficient measurements on PZT have allowed a better understanding of the phenomenon and the distinction of the various existing contributions. The indirect static measurement resulting from the variation of the remnant polarization as a function of the temperature gives the intrinsic (and secondary) pyroelectric contributions. However, the dynamic measurements of the pyroelectric current during a change of the temperature contain all the pyroelectric and non-pyroelectric contributions, such as the extrinsic effects and the relaxation current . Dynamic pyroelectric measurements under an electric field are near to the conditions of thermal energy harvesting cycles. Conduction currents appeared, even for good layers of thick dielectric PZT, and mask the pyroelectric currents. This makes the application of electric generator by thermodynamic cycles under electric field prohibitive. Passive components using low or no electrical field such as sensors should be considered., Les systèmes de récupération d'énergie sont prometteurs pour l'auto-alimentation des dispositifs intégrés. Les matériaux pyroélectriques couplant un changement de température à un changement de polarisation électrique peuvent être utilisés pour la conversion de l'énergie thermique en énergie électrique sans nécessité de maintien de gradients thermiques qui constitue un inconvénient majeur dans les modules thermoélectriques compacts. Dans cette thèse, le PbZro.52Tio.48O3 (PZT) et le BaxSr1-xTiUO3 (x = l et x = 0.7) à fort coefficients pyroélectriques, sont choisis, élaborés en couches minces épitaxiées, caractérisés pour étudier leur potentiel de récupération d'énergie thermique. Ce travail comporte deux aspects : le premier consiste au développement et l'optimisation des conditions de croissance des hétérostructures intégrées et épitaxiées sur silicium. Le deuxième est focalisé sur l'étude des propriétés fonctionnelles (ferroélectriques, diélectriques et pyroélectriques) et à l' estimation du pouvoir de récupération d'énergie principalement des couches de PZT. Une corrélation entre ces deux aspects est ainsi présente. Un changement de la structure cristalline est montré sur les empilements intégrés sur Si, en comparaison avec des structures équivalentes réalisées sur substrat de STO. L'impact de ceci a été directement constaté sur les propriétés fonctionnelles des couches hétéroépitaxiées de PZT. Ainsi une anisotropie importante de ces propriétés a pu être mise en évidence, en complétant cette étude par des mesures dans le plan a l'aide de peignes interdigités. Ces observations ont été cohérentes avec les mesures de la diffraction des rayons X en fonction de la température. Par ailleurs, les différentes méthodes et configurations de mesures du coefficient pyroélectrique sur PZT ont permis une meilleure compréhension du phénomène et la distinction des diverses contributions existantes. La mesure statique indirecte issue de la variation de la polarisation rémanente en fonction de la température renseigne sur l'effet pyroélectrique intrinsèque (et secondaire). Cependant les mesures dynamiques du courant pyroélectrique pendant un changement de la température contiennent toutes les contributions pyroélectriques et non pyroélectriques, comme les effets extrinsèques et le courant de relaxation. Des mesures pyroélectriques dynamiques sous champ électrique, se rapprochant des conditions de cycles de récupération d'énergie thermique, ont permis de montrer que des courants de conduction apparaissaient même pour des bonnes couches de PZT diélectriques épaisses. Ces courants masquent les courants pyroélectriques et rendent l'application de générateur électrique par cycles thermodynamiques sous champ électrique rédhibitoire. Des composants passifs n'utilisant pas ou peu de champs électriques tels que des capteurs devront plutôt être envisagées.

Published
2016

27. Enhancement of electric and magnetic dipole transition of rare-earth-doped thin films tailored by high-index dielectric nanostructures

Author

Aurélien Cuche, Guilhem Larrieu, Olivier Boisron, Vincent Paillard, Christian Girard, Clément Majorel, Arnaud Arbouet, Bruno Masenelli, Peter R. Wiecha, Aurélie Lecestre, Nano-Optique et Nanomatériaux pour l'optique (CEMES-NeO), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), INL - Spectroscopies et Nanomatériaux (INL - S&N), Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École Supérieure de Chimie Physique Électronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut Lumière Matière [Villeurbanne] (ILM), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Service Techniques et Équipements Appliqués à la Microélectronique (LAAS-TEAM), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Équipe Matériaux et Procédés pour la Nanoélectronique (LAAS-MPN), Nano-Optique et Nanomatériaux pour l'optique ( CEMES-NeO ), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales ( CEMES ), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse ( INSA Toulouse ), Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Université Toulouse III - Paul Sabatier ( UPS ), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse ( INSA Toulouse ), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), INL - Spectroscopies et Nanomatériaux ( INL - S&N ), Institut des Nanotechnologies de Lyon ( INL ), École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon ( CPE ) -Institut National des Sciences Appliquées de Lyon ( INSA Lyon ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Institut Lumière Matière [Villeurbanne] ( ILM ), Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Service Techniques et Équipements Appliqués à la Microélectronique ( LAAS-TEAM ), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes [Toulouse] ( LAAS ), Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université Toulouse III - Paul Sabatier ( UPS ), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse ( INSA Toulouse ), Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National Polytechnique [Toulouse] ( INP ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université Toulouse III - Paul Sabatier ( UPS ), Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National Polytechnique [Toulouse] ( INP ), Équipe Matériaux et Procédés pour la Nanoélectronique ( LAAS-MPN ), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon, Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées

Subjects
Photoluminescence, Silicon, Magnetic dipole transition, FOS: Physical sciences, Physics::Optics, chemistry.chemical_element, Dielectric, 01 natural sciences, 010309 optics, Condensed Matter::Materials Science, Mesoscale and Nanoscale Physics (cond-mat.mes-hall), 0103 physical sciences, Electrical and Electronic Engineering, Thin film, Engineering (miscellaneous), Physics, [PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS]Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], [ PHYS ] Physics [physics], [ PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS ] Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], Condensed Matter - Mesoscale and Nanoscale Physics, business.industry, Doping, [PHYS.PHYS.PHYS-GEN-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/General Physics [physics.gen-ph], Atomic and Molecular Physics, and Optics, chemistry, Optoelectronics, Nanorod, business, Magnetic dipole
Abstract

We propose a simple experimental technique to separately map the emission from electric and magnetic dipole transitions close to single dielectric nanostructures, using a few nanometer thin film of rare-earth ion doped clusters. Rare-earth ions provide electric and magnetic dipole transitions of similar magnitude. By recording the photoluminescence from the deposited layer excited by a focused laser beam, we are able to simultaneously map the electric and magnetic emission enhancement on individual nanostructures. In spite of being a diffraction-limited far-field method with a spatial resolution of a few hundred nanometers, our approach appeals by its simplicity and high signal-to-noise ratio. We demonstrate our technique at the example of single silicon nanorods and dimers, in which we find a significant separation of electric and magnetic near-field contributions. Our method paves the way towards the efficient and rapid characterization of the electric and magnetic optical response of complex photonic nanostructures., 10 pages and 7 figures

Published
2019

28. Critical Role of Water on the Synthesis and Gelling of γ-In2S3 Nanoribbons with a Giant Aspect Ratio

Author

Guillemeney, Lilian, Lermusiaux, Laurent, Davidson, Patrick, Hubley, Austin, Pierini, Stefano, Pierucci, Debora, Patriarche, Gilles, Canut, Bruno, Lhuillier, Emmanuel, Mahler, Benoît, Abécassis, Benjamin, Laboratoire de Chimie - UMR5182 (LC), École normale supérieure de Lyon (ENS de Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Physique des Solides (LPS), Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Luminescence (LUMINESCENCE), Institut Lumière Matière [Villeurbanne] (ILM), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Department of Science and Technology, Parthenope University of Naples, Naples, Italy, Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (C2N), INL - Matériaux Fonctionnels et Nanostructures (INL - MFN), Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École Supérieure de Chimie Physique Électronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Physico-chimie et dynamique des surfaces (INSP-E6), Institut des Nanosciences de Paris (INSP), Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and European Project: 865995,SENECA

Subjects
General Chemical Engineering, Materials Chemistry, [CHIM]Chemical Sciences, General Chemistry
Abstract

International audience

Published
2022

29. Apprentissage fédéré pour l'intelligence ambiante : une approche système embarqué, distribuée et intermittente

Author

Bonneau, Antoine, Le Mouël, Frédéric, Mieyeville, Fabien, Dynamic Software and Distributed Systems (DYNAMID), CITI Centre of Innovation in Telecommunications and Integration of services (CITI), Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria), Ampère, Département Energie Electrique (EE), Ampère (AMPERE), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), Université de Lyon-École Supérieure de Chimie Physique Électronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), and Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Apprentissage fédéré, [INFO]Computer Science [cs], Intelligence artificielle, Systèmes embarqués, Systèmes intermittents
Abstract

National audience; L’environnement, rendu intelligent par la pervasivité des systèmes embarqués se miniaturisant et s’insinuant jusque dans les objets du quotidien, offre autant de potentiels que de contraintes. En effet, l’intelligence ambiante (AmI) et l’intelligence artificielle (IA) sont intrinsèquement liées. L’augmentation de l’autonomie des dispositifs de l’AmI a encouragé le déploiement massif d’objets connectés produisant toujours plus de données exploitable pour l’IA. D’un autre côté, les besoins énergétiques actuels de calcul pour l’IA sont assez peu compatibles avec les faibles ressources des dispositifs de l’AmI et avec les enjeux sociétaux et planétaires.

Published
2023

30. Hexagonal Ge on self-assisted GaAs Nanowires for light emission

Author

Dudko, Iuliia, Dursap, Thomas, Lamirand, Anne, Botella, Claude, Regreny, Philippe, Danescu, Alexandre, Brottet, Solène, Bugnet, Matthieu, Walia, Sumeet, Chauvin, Nicolas, Penuelas, Jose, INL - Matériaux Fonctionnels et Nanostructures (INL - MFN), Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École Supérieure de Chimie Physique Électronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Royal Melbourne Institute of Technology University (RMIT University), INL - Plateforme Technologique Nanolyon (INL - Nanolyon), Matériaux, ingénierie et science [Villeurbanne] (MATEIS), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), GdR MatÉpi, ANR-10-LABX-0064,Imust,Institut for Multiscale Science and Technology : from Fundamental Physics and Chemistry to Engineering in New Material and Processes and Ecotechnologies(2010), ANR-17-CE30-0014,HEXSIGE,Propriétés de la phase hexagonale 2H du Ge et Si(2017), and European Project: ECLAUSion

Subjects
Hexagonal Germanium, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Molecular Beam Epitaxy, Semiconductor Nanowires
Abstract

National audience

Published
2023

31. How chitosan can be considered as a promising eco-efficient candidate to replace commercial organic-based resists in the photolithography process. Focus on photopatterning and etching behavior in fluorinated plasmas

Author

Léonard, Didier, Durin, Paule, Sysova, Olha, Guan, Yue, GABLIN, CORINNE, Benamrouche, Aziz, Hajjar-Garreau, Samar, Téolis, Alexandre, Trombotto, Stéphane, Delair, Thierry, Servin, Isabelle, Tiron, Raluca, Bazin, Arnaud, Berling, Dominique, Soppera, Olivier, Gehin, Thomas, Laurenceau, Emmanuelle, Leclercq, Jean -Louis, Chevolot, Yann, Surfaces, Institut des Sciences Analytiques (ISA), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), INL - Dispositifs pour la Santé et l’Environnement (INL - DSE), Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École Supérieure de Chimie Physique Électronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Science des Matériaux de Mulhouse (IS2M), Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Matériaux et Nanosciences Grand-Est (MNGE), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Réseau nanophotonique et optique, Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), INL - Plateforme Technologique Nanolyon (INL - Nanolyon), Ingénierie des Matériaux Polymères (IMP), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Jean Monnet - Saint-Étienne (UJM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives - Laboratoire d'Electronique et de Technologie de l'Information (CEA-LETI), Direction de Recherche Technologique (CEA) (DRT (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), INL - Chimie et Nanobiotechnologies (INL - C&N), and ANR-19-CE43-0009,Lithogreen,Développement de polymères issus de la biomasse pour les procédés de micro et nanofabrication écoresponsables en milieu aqueux(2019)

Subjects
[SPI]Engineering Sciences [physics], [CHIM]Chemical Sciences
Abstract

International audience

Published
2023

32. 1S1R Sub-threshold Operation in Crossbar Arrays for Neural Networks Hardware Implementation

Author

Minguet Lopez, Joel, Dampfhoffer, Manon, Hirtzlin, Tifenn, Reganaz, Lucas, Grenouillet, Laurent, Navarro, Gabriele, Bernard, Mathieu, Magis, Thomas, Carabasse, Catherine, Castellani, Niccolo, Meli, Valentina, Vianello, Elisa, Deleruyelle, Damien, Portal, Jean-Michel, Molas, Gabriel, Andrieu, François, Université Grenoble Alpes, CEA, Leti, F-38000, Grenoble, France, CEA, CNRS, Grenoble INP, INAC-Spintec, Univ. Grenoble Alpes, GRENOBLE, INL CNRS, INSA Lyon, VILLEURBANNE, Aix Marseille Univ., CNRS, IM2NP, MARSEILLE, European Project, Département Composants Silicium (DCOS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives - Laboratoire d'Electronique et de Technologie de l'Information (CEA-LETI), Direction de Recherche Technologique (CEA) (DRT (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Technologique (CEA) (DRT (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), INL - Electronique (INL - ELEC), Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École Supérieure de Chimie Physique Électronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut des Matériaux, de Microélectronique et des Nanosciences de Provence (IM2NP), Aix Marseille Université (AMU)-Université de Toulon (UTLN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), European Project: 876925,H2020-ECSEL-2019-2-RIA,ANDANTE, and European Project: 101007321,H2020-ECSEL-2020-1-IA-two-stage,StorAIge

Subjects
[PHYS]Physics [physics], chalcogenide, OTS, inference, [SPI]Engineering Sciences [physics], PCM, 1S1R, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, BSNN, crossbar, RRAM, BNN, crosspoint
Abstract

International audience; This paper presents an outlook of Crossbar memory array capabilities while operated in the sub-threshold regime. By means of experimental data obtained on a RRAM resistive device co-integrated in series with an OTS back-end selector, the pertinence of 1S1R sub-threshold read operation for both standard Binarized Neural Networks (BNNs) and Binarized Spiking Neural Networks (B`SNNs) inference implementation in hardware is elucidated.

Published
2023

33. Charges à l’interface liquide/solide : caractérisation par courants d’écoulement et application à la préconcentration de molécules biologiques dans un système micro/nanofluidique

Author

Yuan, Xichen, Institut des Nanotechnologies de Lyon ( INL ), École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon ( CPE ) -Institut National des Sciences Appliquées de Lyon ( INSA Lyon ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Université de Lyon, Pascal Kleimann, Louis Renaud, Marie-Charlotte Audry-Deschamps, INL - Lab-On-Chip et Instrumentation (INL - LOCI), Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and STAR, ABES

Subjects
Lab-on-a-chip, Microfluidique, [SPI.NANO] Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Microfluidics, Nanofluidics, Zeta potential, Laboratoire sur puce, Préconcentration, Interface solide/liquide, Nanofluidique, Potentiel zêta, [ SPI.NANO ] Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Preconcentration, Solid/liquid interface
Abstract

The charges at liquid/solid interfaces are a key element for both understanding and exploiting the electrokinetic phenomena in micro/nanofluidics. The manuscript of my Ph.D thesis is dedicated to these phenomena, which is divided into three main parts: Above all, a simple overview of charges at the liquid/solid interface is proposed. Then, several common methods for measuring the zeta potential at the liquid/solid interface are described. Next, various effective methods to preconcentrate the biological molecules is presented with the help of the surface charges. Secondly, the streaming current, which is a standard method to measure the zeta potential in our laboratory, is detailed. It contains the upgrade of the experimental setup from the previous version and the development of new protocols, which improve dramatically the stabilization and the reproducibility of the measurements. In addition, an original biological sensor is briefly presented based on these advancements. Lastly, in the final part, we describe a method which is primitively utilised in the fabrication of Micro-Nano-Micro fluidic system. Based on this system, some favorable preconcentration results is obtained. Moreover, numerical simulations are presented to prove the originality of our work, Les charges à l'interface liquide/solide sont un élément originel majeur des phénomènes électrocinétiques observés en micro/nanofluidique. Elles sont donc la colonne vertébrale de mon manuscrit de thèse, qui se décompose en trois parties : Dans la première partie, un rappel des concepts de base sur les interfaces liquides/solides est proposé au lecteur. Il est suivi d'une description des différentes méthodes expérimentales permettant de mesurer le potentiel zeta de couples solide/électrolyte, puis d'une présentation des travaux de la littérature exploitant les charges aux interfaces pour la préconcentration de molécules biologiques dans des systèmes Micro-Nano-Micro (MNM) fluidiques. Ensuite, une deuxième partie est consacrée à la mesure du potentiel zeta par la méthode des courants d'écoulement. Nous y présentons l'amélioration du banc expérimental issu des travaux antérieurs à ma thèse, ainsi que le développement de nouveaux protocoles de préparation des surfaces permettant de rationaliser et de stabiliser les mesures. Une application à un détecteur original de molécules biologiques clos cette deuxième partie. Enfin, la troisième et dernière partie s'intéresse à la préconcentration de molécules biologiques. Une méthode originale de fabrication des dispositifs MNM et les résultats de préconcentration obtenus, très encourageants, sont décrits. Des premiers modèles numériques et phénoménologiques sont proposés, qui mettent en avant l'originalité de notre travail

Published
2016

34. Monolithic integration of functionnal oxides and III-V semiconductors for novel opto-mechanical applications

Author

Meunier, Benjamin, Institut des Nanotechnologies de Lyon ( INL ), École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon ( CPE ) -Institut National des Sciences Appliquées de Lyon ( INSA Lyon ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Université de Lyon, Guillaume Saint-Girons, INL - Hétéroepitaxie et Nanostructures (INL - H&N), Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and STAR, ABES

Subjects
[SPI.OTHER]Engineering Sciences [physics]/Other, III-V semiconductors, Oxydes fonctionnels, [ SPI.OTHER ] Engineering Sciences [physics]/Other, [SPI.OTHER] Engineering Sciences [physics]/Other, XRD, SrTiO3, GaAs, Pb(Zr, Molecular Beam Epitaxy (MBE), Epitaxie par jets moléculaires (MBE), Semiconducteurs III-V, Functionnal oxides, Ti)O3, XPS, TEM
Abstract

Diversification of the materials and functionalities integrated on silicon is an important issue for further progression in the field of micro-optoelectronics. The monolithic heterogeneous integration of new materials on silicon, and more generally the combination on the same wafer of materials having different physical properties is a key challenge. Amongst the materials of interest, III-V semiconductors are the object of specific attention because their optoelectronic and transport properties are superior to those of silicon. Similarly, the so-called functional oxides have interesting physical properties (ferroelectricity, ferromagnetism, piezoelectricity, etc.) making them suitable for various applications (NVM, energy harvesters, MEMS . . . ). In this context, the goal of this thesis is to demonstrate the possible integration of crystalline functional oxides on GaAs-based heterostructures using epitaxy and that such structures show new properties for photonic. More precisely, we focused on integration PZT thin film on InGaAs/GaAs quantum wells structures thanks to SrTiO3 (STO) buffer layer. We first studied and developed the growth of STO on GaAs templates using molecular beam epitaxy (MBE). Because of the strong heterogeneity between the two materials, specific interface engineering strategies are required. We highlight the benefit of a Ti-based GaAs surface treatment on the structural quality of STO. For these studies we used photoelectrons spectroscopy (XPS, in-situ and collaboration with TEMPO beam line of SOLEIL synchrotron) and transmission electron spectroscopy (TEM, collaboration with LPN/C2N). Those experiments allowed us to probe both structural and chemical aspects of the semiconductor/ oxide interface. We also studied the growth mechanism of STO on GaAs through in-situ XPS experiments at SOLEIL. Thanks to the understanding of those specifics mechanisms, we could accommodate the growth conditions to obtain good quality STO buffer layers. Then we studied the growth of thin film PZT on InGaAs/GaAs quantum well structures by means of STO templates. We first showed that standard growth process (sol-gel and pulsed laser deposition at IEF/C2N) lead to strong deterioration of quantum well due to chemical reactions between the oxide and the III-V material. We studied the mechanisms involved in this deterioration and highlight the strong chemical affinity between As, Pb and Sr. To palliate this difficulty, the growth process of PZT has been modify and an AlAs “sacrificial” layers has been added in order to limit the oxygen difiusion into the substrate. Thanks to these two solutions, it has been possible to realize a PZT ferroelectric thin film on an InGaAs/GaAs quantum well heterostructure. A tunable source based on such heterostructure has been designed. In this device, the strain induced in the ferroelectric PZT by an electric field is transmitted to the substrate and the quantum well modifying its emitted wavelength. We simulated this device in order to optimize its dimensions. Then we realized this device (collaboration with IEF/C2N) and measured its mechanical and optical properties under an electric field. We also performed preliminary studies in order to demonstrate the possible integration of GaAs-based heterostructures on Si substrates in by the means of STO buffer layer. We considered the use of Zintl- Klemm compounds to minimize the interface energy between GaAs and STO allowing 2D growth of the semiconductor on the oxide., La diversification des fonctionnalités intégrées dans les systèmes micro-optoélectroniques est l'un point clé du développement de ces filières. Combiner sur une même puce des matériaux ayant des propriétés différentes doit permettre de faire émerger de nouveaux concepts de composants basés sur de nouveaux effets physiques ou sur la combinaison des propriétés physiques des matériaux intégrés. Parmi les matériaux d'intérêt, les semi-conducteurs III-V présentent des propriétés optiques exceptionnelles et sont couramment utilisés pour réaliser des composants photoniques. Les oxydes fonctionnels, quant à eux, offrent une grande variété de propriétés physiques qui en font des matériaux très prometteurs pour de nombreuses applications. Dans ce contexte, l'objectif global de cette thèse est de démontrer la possibilité d'intégrer des oxydes fonctionnels cristallins sur des hétérostructures à base de GaAs par épitaxie, et de montrer que de telles structures peuvent présenter des propriétés nouvelles pour la photonique. Plus précisément, nous avons focalisé nos efforts sur l'intégration de couches minces de PZT sur des structures à puits quantiques InGaAs/GaAs via des couches tampons de SrTiO3 (STO). Nous avons étudié et développé la croissance par épitaxie par jets moléculaires (MBE) des templates de STO sur GaAs. La forte hétérogénéité entre ces deux types de matériaux nécessite d'avoir recours à des stratégies d'ingénierie d'interface spécifiques et à un excellent contrôle des paramètres de croissance. Nous avons mis en évidence les effets bénéfiques sur la qualité structurale du STO d'une préparation de la surface de GaAs au Ti. Pour ces études, nous avons utilisé la spectroscopie de photoélectrons (XPS, in-situ ou en collaboration avec la ligne TEMPO du synchrotron SOLEIL) et microscopie électronique en transmission (TEM, en collaboration avec le LPN). Ces expériences nous ont permis de sonder structure et chimie de l'interface semi-conducteur/oxyde. Nous avons également étudié les mécanismes de croissance et de cristallisation du STO sur GaAs, en mettant notamment en œuvre des expériences d'XPS in-situ au synchrotron SOLEIL. La compréhension de ces mécanismes spécifiques nous a permis d'adapter les conditions de croissance du STO et d'obtenir des couches tampons d'excellente qualité. Nous avons étudié la croissance de couches minces de PZT sur des structures à puits quantique d'In- GaAs/GaAs via des templates de STO. Nous avons tout d'abord montré que les procédés standards de croissance de PZT (sol-gel ou ablation laser (collaboration avec l'IEF)) conduisaient à de fortes dégradations des puits quantiques du fait des réactions chimiques entre l'oxyde et le matériau III-V. Nous avons étudié les mécanismes de ces dégradations et mis en évidence une forte affinité chimique entre l'As, le Pb et le Sr. Pour pallier cette difficulté, nous avons modifié le procédé de croissance du PZT ainsi que l'hétérostructure III-V (enfouissement du puits, ajout d'AlAs ...). Ces actions combinées nous ont permis de réaliser des couches minces de PZT ferroélectriques sur des structures à puits quantiques d'InGaAs/GaAs. Nous avons ensuite défini un design d'émetteur accordable basé sur une hétérostructure PZT/GaAs/InGaAs. De tels émetteurs ont été réalisés en collaboration avec l'IEF) et mesurés leurs propriétés mécaniques et optiques en effectuant des expériences sous champ. Enfin, nous avons effectué un certain nombre d'études préliminaires visant à démontrer la possibilité d'intégrer des hétérostructures à base de GaAs sur des substrats de Si recouverts de couches tampons de STO. Nous avons pour cela envisagé et étudié la possibilité d'utiliser des composés Zintl-Klemm d'interface susceptibles de minimiser l'énergie d'interface entre le GaAs et le STO.

Published
2016

35. Glycocluster inhibition effect on bacterial adhesion of Pseudomonas aeruginosa characterized by atomic force microscopy and spectroscopy : from molecule to cell

Author

Zuttion , Francesca, INL - Chimie et Nanobiotechnologies ( INL - C&N ), Institut des Nanotechnologies de Lyon ( INL ), École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon ( CPE ) -Institut National des Sciences Appliquées de Lyon ( INSA Lyon ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Université de Lyon, Magali Phaner-Goutorbe, INL - Chimie et Nanobiotechnologies (INL - C&N), Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
[SPI.OTHER]Engineering Sciences [physics]/Other, Cystic Fibrosis, Lectine, [ SPI.OTHER ] Engineering Sciences [physics]/Other, Spectroscopie, Imaging, Atomic Force Microscopy, Single Molecule Force Spectroscopy, Single Cell Force Spectroscopy, Microscopie à force atomique, Imagerie, Glycomime, Pseudomonas aeruginosa, LecA, Mucoviscidose, Lectin, Glycocluster
Abstract

Pseudomonas aeruginosa (PA) is a human opportunistic pathogen responsible for 20% -30% of nosocomial infections in French hospitals. For healthy people, it presents no real danger, but for people with cystic fibrosis disease and immune-compromised patients, it is the leading cause of mortality and lung infections. PA has developed antibiotic multi-resistant strains and new and more effective therapeutic approaches are needed. It binds to the surface of the host cells by an interaction between proteins (lectins) present on the membrane and sugars of the host-cell membrane. The lectin-sugar interaction plays an important role in adherence of the bacteria and in the manufacture of a pathogenic biofilm.A new therapeutic approach is to create synthetic molecules (glycoclusters) of greater affinity than the natural sugars present on the cells. To this aim, more than 150 glycoclusters have been synthetized and screened to find the best candidate to inhibit the bacteria infection process. Some of them have been selected and studied by Atomic Force Microscopy (AFM). In particular, this thesis is devoted to study the lectin-glycocluster and cell-bacteria interactions by AFM. The combination of AFM imaging with molecular dynamic simulations let understanding the role of the geometry of the glycoclusters on the complex formation, while AFM spectroscopy accesses the lectin-glycocluster interaction forces at the molecular and cellular levels. The reduction of bacterial adhesion has been observed upon the addition of the glycocluster. This confirms the anti-adhesive properties of the glycocluster and validates the procedure. The ultimate goal is the identification of the best glycoclusters in order to develop new drugs.; La bactérie Pseudomonas aeruginosa (PA) est un pathogène responsable de 20%-30% des infections nosocomiales en milieu hospitalier. Pour les individus sains, elle ne présente pas de réel danger, mais pour les personnes atteintes par la mucoviscidose et les patients immunodéprimés, elle est la cause principale de mortalité et des infections pulmonaires. PA a développé des souches multi-résistantes aux antibiotiques et des nouvelles approches thérapeutiques plus efficaces sont donc nécessaires. Elle se fixe à la surface des cellules-hôtes par une interaction entre des protéines (lectines) présentes sur sa membrane et des sucres présents sur la membrane cellulaire. L’interaction lectine-sucre joue un rôle important dans l’adhésion de la bactérie puis dans la fabrication d’un biofilm pathogène.Une nouvelle approche thérapeutique consiste à créer des molécules synthétiques (glycomimes) de plus grande affinité que les sucres présents sur les cellules. Pour cela, plus de 150 glycomimes ont été synthétisés et examinés afin de trouver le meilleur candidat pour empêche le processus d'infection de bactéries. Certains d'entre eux ont été choisis et étudiés par la Microscopie à Force Atomique (AFM). Cette thèse est consacrée à l’étude des interactions lectine-glycomime et aussi cellule-bactérie par AFM. L’imagerie combinée avec la modélisation permet de comprendre le rôle du glycomime sur la géométrie des complexes créés et la spectroscopie permet de mesurer les forces d’interaction présentes lors de l’adhésion, au niveau moléculaire et cellulaire. Une réduction de l’adhésion bactérienne a été observée après l’introduction du glycomime, confirmant son rôle d’inhibiteur et la validité de toute la démarche. L’objectif ultime est l’identification des meilleurs glycomimes à introduire afin de développer de nouveaux médicaments.

Published
2016

36. Novel back-side illuminated CMOS pixel architecture integrating a hole-based photodiode and PMOS readout circuitry for image sensors in ionising environment

Author

Mamdy , Bastien, Institut des Nanotechnologies de Lyon ( INL ), École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon ( CPE ) -Institut National des Sciences Appliquées de Lyon ( INSA Lyon ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Université de Lyon, Guo Neng Lu, François Roy, STAR, ABES, INL - Conception de Systèmes Hétérogènes (INL - CSH), Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Back-side illumination, Photodiode à collection de trous, Éclairement par la face arrière, Courant d’obscurité, [SPI.NANO] Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Photodiode pincé verticale, Hole-collection photodiode, Dark current, CMOS image sensor, Vertical pinned photodiode, Irradiation, [ SPI.NANO ] Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Capacitive deep trench isolation, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Tranchée d’isolation profonde capacitive, Capteur d’image CMOS
Abstract

Thanks to the growing smartphones and tablets consumer markets, CMOS image sensors have benefited from major technology developments and are able to rival with and even outperform CCD sensors. In parallel, for spatial and medical imaging applications, CMOS sensors have been developed using technologies recognized for their robustness in harsh ionizing environment. This Ph.D. thesis work aims at combining in one single pixel architecture the latest technology developments driven by consumer applications with a novel solution for radiation hardening recently developed at STMicroelectronics. For the first time, this innovative back-side illuminated pixel architecture integrates within a 1.4µm pitch a vertical pinned photodiode based on hole-collection, a PMOS readout chain and deep trench isolation with either passive or active interface passivation. This pixel has been developed using 3D-TCAD simulations allowing fast and efficient optimization of its fabrication process. Through a series of electro-optical characterizations, we have compared its performances to its N-type equivalent before and after irradiation with gamma rays. The pixel developed during this thesis exhibits intrinsically lower level of dark current than its N-type counterpart and improved radiation hardness. Active passivation of deep trench isolation greatly decreases the impact of degradations usually observed at Si/SiO2 interfaces and therefore shows very promising results in ionizing environment. Evidence of intrinsically different mechanisms of white pixel formation under irradiation for N-type and P-type pixels have been presented. Finally, back-side illumination technology and the vertical photodiode both contribute to the pixel’s high full well capacity and good quantum efficiency, Grâce à l'explosion du marché grand public des smartphones et tablettes, les capteurs d'image CMOS ont bénéficiés de développements technologiques majeurs leur permettant de rivaliser voir même de devancer les performances des capteurs CCD. En parallèle, dans les domaines de l'aérospatial ou de l'imagerie médicale, des capteurs CMOS ont également été développés pour des applications à fortes valeurs ajoutées avec des technologies reconnues pour leur robustesse en environnement ionisant. Le travail de cette thèse a pour but de réunir dans une même architecture de pixel les dernières avancées technologiques développées pour les capteurs grands publics avec une solution novatrice de durcissement aux rayonnements ionisants récemment développée chez STMicroelectronics. Pour la première fois, cette nouvelle architecture de pixel de 1,4µm de côté et éclairée par la face arrière intègre une photodiode pincée verticale à collection de trous, une chaine de lecture composée de transistors PMOS et des tranchées d'isolation profondes à passivation passive ou active. Ce type de pixel a été conçu à l'aide de simulations TCAD en trois dimensions qui ont permis d'optimiser l'intégration de procédés pour sa fabrication. Il a été caractérisé et comparé à un pixel équivalent de type N avant et après irradiation par rayonnement gamma. Le pixel développé au cours de cette thèse présente intrinsèquement un plus faible courant d'obscurité que son homologue de type N et une meilleure résistance aux radiations. La passivation active des tranchées d'isolation profondes permet d'atténuer fortement l'impact des dégradations habituellement observées au niveau des interfaces Si/SiO2 et s'avère donc prometteuse en environnement ionisant. Des mécanismes intrinsèquement différents de formation de pixels blancs sous irradiation ont été mis en évidence pour les pixels de type P et de type N. Enfin, les technologies de l'éclairement par la face arrière et de la photodiode verticale contribuent chacune à la bonne efficacité quantique du pixel ainsi qu'à sa capacité de stockage importante

Published
2016

37. Mesure et suivi d'activité de plusieurs personnes dans un Living Lab en vue de l'extraction d'indicateurs de santé et de bien-être

Author

Sevrin , Loic, INL - Capteurs Biomédicaux (INL - Capteurs), Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Lyon, Norbert Noury, Nacer Abouchi, Institut des Nanotechnologies de Lyon ( INL ), École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon ( CPE ) -Institut National des Sciences Appliquées de Lyon ( INSA Lyon ), and Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS )

Subjects
Suivi d'activités sociales, E-health, Fusion de données, [SDV.BIO]Life Sciences [q-bio]/Biotechnology, Social activity monitoring, Traitement d'images de profondeur, Biomedical sensors, [ SDV.BIO ] Life Sciences [q-bio]/Biotechnology, E-santé, Depth Image Processing, Data fusion, Capteurs biomédicaux
Abstract

The ageing of the population is a global phenomenon which comes with an increase of the amount of patients suffering from chronic diseases. It forces to rethink the healthcare by bringing health monitoring and care at home and in the city.Considering the activity as a visible indication of the health status, this thesis seeks to provide technological means to monitor several people's activities in a living lab composed of an apartment and the city around.Indeed, maintaining substantial physical activity, in particular social activity accounts fo an important part of a person's good health status. Hence, it must be studied as well as the ability to perform the activities of daily living.This study enabled the implementation of a platform for collaborative design and full-scale experimentation concerning healthcare at home and in the city: the INL living lab.The latest was the theatre of some first experimentations which highlighted the living lab ability to perform activity data fusion from a set of heterogeneous sensors, and also to evolve by integrating new technologies and services.The studied collaborative scenarios enable a first approach of the collaboration analysis by detecting the simultaneous presence of several people in the same room. These preliminary results are encouraging and will be completed by more precise measurements which will include more sensors in the coming months; Le vieillissement de la population est un phénomène mondial qui s'accompagne d'une augmentation du nombre de patients atteints de maladies chroniques, ce qui oblige à repenser le système de santé en amenant le suivi de santé et les soins au domicile et dans la cité.En considérant que l'activité est un signe visible de l'état de santé, cette thèse cherche à proposer un moyen technologique pour le suivi des activités de plusieurs personnes dans un living lab composé d'un appartement et de la cité qui l'entoure.En effet, le maintien d'une activité physique soutenue, et en particulier d'une activité sociale fait partie intégrante de la bonne santé d'une personne, il doit donc être étudié au même titre que les capacités à effectuer les activités de la vie quotidienne.Cette étude a permis la mise en place d'une plateforme de conception collaborative et de test grandeur nature autour de la santé à domicile et dans la cité : le living lab de l'INL.Ce dernier a été le théâtre de premières expérimentations permettant de valider la capacité du living lab à la fois de fusionner des données d'activité venant d'un ensemble de capteurs hétérogènes, mais également d'évoluer en intégrant des nouvelles technologies et services.Les scénarios collaboratifs étudiés permettent une première approche de l'analyse de la collaboration par la détection des présences simultanées de plusieurs personnes dans la même pièce. Ces résultats préliminaires sont encourageants et seront complétés lors de captures d'activité plus fines et incluant plus de capteurs dans les mois à venir

Published
2016

38. Ultrathin Epitaxial Silicon Solar Cells with Inverted Nanopyramid Arrays for Efficient Light Trapping

Author

Christophe Dupuis, Romain Cariou, Loïc Lalouat, Wanghua Chen, Pere Roca i Cabarrocas, Emmanuel Drouard, Christian Seassal, Stéphane Collin, Anne Gaucher, Andrea Cattoni, Martin Foldyna, Institut Lavoisier de Versailles ( ILV ), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines ( UVSQ ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Laboratoire de photonique et de nanostructures ( LPN ), Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Faculté Polytechnique de Mons, Laboratoire de physique des interfaces et des couches minces [Palaiseau] ( LPICM ), École polytechnique ( X ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Alcatel-Thalès III-V lab ( III-V Lab ), THALES-ALCATEL, Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne ( LICB ), Université de Bourgogne ( UB ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), INL - Nanophotonique ( INL - Photonique ), Institut des Nanotechnologies de Lyon ( INL ), École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon ( CPE ) -Institut National des Sciences Appliquées de Lyon ( INSA Lyon ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Université de Lyon, LPN-CNRS, Route de Nozay, 91460 Marcoussis, France, Laboratoire d'Electronique et des Technologies de l'Information ( CEA-LETI ), Université Grenoble Alpes [Saint Martin d'Hères]-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ), Department of Geology and Applied Geology, University of Mons [Belgium] ( UMONS ), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Institut National des Sciences Appliquées de Lyon ( INSA Lyon ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon ( CPE ) -Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-École Centrale de Lyon ( ECL ), Laboratoire Traitement du Signal et de l'Image ( LTSI ), Université de Rennes 1 ( UR1 ), Université de Rennes ( UNIV-RENNES ) -Université de Rennes ( UNIV-RENNES ) -Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale ( INSERM ), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Université Grenoble Alpes [Saint Martin d'Hères], Institut Lavoisier de Versailles (ILV), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de photonique et de nanostructures (LPN), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Faculté polytechnique de Mons, Université de Mons (UMons), Laboratoire de physique des interfaces et des couches minces [Palaiseau] (LPICM), École polytechnique (X)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Alcatel-Thalès III-V lab (III-V Lab), Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (LICB), Université de Bourgogne (UB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), INL - Nanophotonique (INL - Photonique), Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), and Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)

Subjects
Fabrication, Materials science, crystalline silicon, Bioengineering, 02 engineering and technology, Epitaxy, 7. Clean energy, 01 natural sciences, Nanoimprint lithography, law.invention, Monocrystalline silicon, law, Plasma-enhanced chemical vapor deposition, 0103 physical sciences, [ SPI ] Engineering Sciences [physics], nanoimprint lithography, General Materials Science, Crystalline silicon, [PHYS.COND]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat], ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, 010302 applied physics, business.industry, Mechanical Engineering, General Chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, low-temperature epitaxy, Anodic bonding, solar cells, Optoelectronics, light trapping, Quantum efficiency, [ SPI.NANO ] Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, [ SPI.OPTI ] Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, 0210 nano-technology, business, [ PHYS.COND ] Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]
Abstract

International audience; Ultrathin c-Si solar cells have the potential to drastically reduce costs by saving raw material while maintaining good efficiencies thanks to the excellent quality of monocrystalline silicon. However, efficient light trapping strategies must be implemented to achieve high short-circuit currents. We report on the fabrication of both planar and patterned ultrathin c-Si solar cells on glass using low temperature (T < 275 °C), low-cost, and scalable techniques. Epitaxial c-Si layers are grown by PECVD at 160 °C and transferred on a glass substrate by anodic bonding and mechanical cleavage. A silver back mirror is combined with a front texturation based on an inverted nanopyramid array fabricated by nanoimprint lithography and wet etching. We demonstrate a short-circuit current density of 25.3 mA/cm2 for an equivalent thickness of only 2.75 μm. External quantum efficiency (EQE) measurements are in very good agreement with FDTD simulations. We infer an optical path enhancement of 10 in the long wavelength range. A simple propagation model reveals that the low photon escape probability of 25% is the key factor in the light trapping mechanism. The main limitations of our current technology and the potential efficiencies achievable with contact optimization are discussed.

Published
2016

39. ZnO cluster assembled film with low defect concentration: towards ultra sensitive sensor

Author

Mélinon , P., Masenelli , Bruno, Apostoluk , Aleksandra, Delaunay , J., Vignoli , S., Tainoff , D., Machon , D., Institut Lumière Matière [Villeurbanne] (ILM), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon, INL - Spectroscopies et Nanomatériaux (INL - S&N), Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE), The University of Tokyo, School of Engineering, Thermodynamique et biophysique des petits systèmes (TPS), Institut Néel (NEEL), Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Physique de la Matière Condensée et Nanostructures ( LPMCN ), Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), INL - Spectroscopies et Nanomatériaux ( INL - S&N ), Institut des Nanotechnologies de Lyon ( INL ), École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon ( CPE ) -Institut National des Sciences Appliquées de Lyon ( INSA Lyon ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Laboratoire des propriétés optiques des matériaux et applications ( LPOMA ), Université d'Angers ( UA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Centre hospitalier universitaire de Nantes ( CHU Nantes ), TPS - Thermodynamique et biophysique des petits systèmes, Institut Néel ( NEEL ), Université Grenoble Alpes [Saint Martin d'Hères]-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université Grenoble Alpes [Saint Martin d'Hères]-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), and Inl, Laboratoire INL UMR5270

Subjects
[SPI]Engineering Sciences [physics], [SPI.OPTI] Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, [SPI] Engineering Sciences [physics], [SPI.NANO] Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, [ SPI ] Engineering Sciences [physics], [SPI.OPTI]Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, [ SPI.NANO ] Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, [ SPI.OPTI ] Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, [SPI.MAT] Engineering Sciences [physics]/Materials, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials
Abstract

7th-12th August 2016; International audience; no abstract

Published
2016

40. Caractérisation expérimentale du transfère thermique dans les matériaux nanostructurés à base de silicium

Author

Massoud, Mouhannad, Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Lyon, Jean-Marie Bluet, Pierre-Olivier Chapuis, INL - Spectroscopies et Nanomatériaux ( INL - S&N ), Institut des Nanotechnologies de Lyon ( INL ), École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon ( CPE ) -Institut National des Sciences Appliquées de Lyon ( INSA Lyon ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), and STAR, ABES

Subjects
Phonon coherence, Nanothermomètrie, Transfert thermique, [ SPI.MAT ] Engineering Sciences [physics]/Materials, Heavy ion irradiation, Nanothermometry, Suspended membrane, [SPI.MAT] Engineering Sciences [physics]/Materials, Silicium amorphe, Amorphous Silicon, Irradiation aux ions lourds, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, Micro-Raman thermometry, Heat transfer, Cohérence phonique, Phonon, Régime électronique, Superlattice, Super-Réseau, Membrane suspensue, Thermométrie micro-Raman, Membrane phonique, Silicium mésoporeux, Microscopie à sonde thermique locale, Thermal conductivity, Conductivité thermique, Phononic membrane, Electronic regime, Scanning Thermal Microscopy
Abstract

This PhD thesis deals with the experimental characterization of heat transfer at the nanoscale in materials compatible with microelectronic processes. Two characterization techniques are applied to two different systems, irradiated mesoporous silicon and suspended silicon membranes. The first characterization technique is micro-Raman thermometry. The laser power heats up the exposed sample. The determination of the thermal conductivity requires the modeling of the heat source using finite element simulations. The modeling of the heat source relies on different parameters that should be carefully determined. The second characterization technique is Scanning Thermal Microscopy (SThM), an Atomic Force Microscopy (AFM)-based technique. Operated in its active mode, the AFM probe is replaced by a resistive Wollaston probe that is heated by Joule heating. Used in AFM contact mode, this technique allows a local thermal excitation of the studied material. The determination of the thermal conductivity requires the analysis of the thermal response of the probe using calibration samples and modeling when dealing with complicated geometries. The effect of the tip position on heat transfer between the tip and the sample is studied. A new method decoupling the heat transfer between the tip and the sample, at the contact and through air, is proposed for determining the thermal conductivity of complicated geometries. The results obtained from the two techniques on irradiated mesoporous silicon samples using heavy ions in the electronic regime are in good agreement. They show a degradation of the thermal conductivity of mesoporous silicon due to the increase in the amorphous phase while increasing the ion fluence. The results obtained on suspended silicon membrane strips show a decrease in the thermal conductivity of more than 50 % in comparison to bulk silicon. When perforated into a phononic structure of sub-100 nm period, the membrane thermal conductivity is about one order of magnitude lower than the bulk. A chapter introducing a promising silicon-based material for the evidence of phonon coherence concludes the manuscript., Ce mémoire de thèse aborde la caractérisation expérimentale du transfert thermique à l’échelle nanométrique dans des matériaux compatibles avec les procédés de la micro-électronique. Pour cela deux techniques de caractérisation sont appliquées chacune à deux différents systèmes, le silicium mésoporeux irradié et les membranes de silicium suspendues. La première technique de caractérisation est la thermométrie micro-Raman. La puissance du laser chauffe l'échantillon exposé. La détermination de la conductivité thermique nécessite la modélisation de la source de chaleur par la méthode des éléments finis. Dans les cas considérés la modélisation de la source de chaleur repose sur différents paramètres qui doivent être soigneusement déterminés. La seconde technique de caractérisation est la microscopie à sonde locale (d’acronyme anglais SThM), basée sur le principe de la microscopie à force atomique (d’acronyme anglais AFM). Utilisée en mode actif, la sonde AFM est remplacée par une sonde résistive de type Wollaston qui est chauffée par effet Joule. Utilisée en mode AFM contact, cette technique permet une excitation thermique locale du matériau étudié. La détermination de la conductivité thermique nécessite l'analyse de la réponse thermique de la sonde au moyen d'échantillons d'étalonnage et également via la modélisation dans le cas des géométries complexes. L'effet de la position de la pointe sur le transfert de chaleur entre la pointe et l'échantillon est étudié. Une nouvelle méthode de découplage entre le transfert de chaleur entre la pointe et l'échantillon, respectivement à travers l'air et au contact, est proposée pour la détermination de la conductivité thermique des géométries complexes. Les résultats obtenus avec les deux techniques pour les échantillons de silicium mésoporeux irradiés à l’aide d’ions lourds dans le régime électronique sont en bon accord. Ils montrent la dégradation de la conductivité thermique du silicium mésoporeux suite à une augmentation dans la phase d’amorphe lorsque la dose d’irradiation croît. Les résultats obtenus sur les membranes de silicium suspendues montrent une réduction de la conductivité thermique de plus de 50 % par rapport au silicium massif. Lorsque la membrane est perforée périodiquement afin de réaliser une structure phononique de période inférieure à 100 nm, cette réduction est approximativement d’un ordre de grandeur. Un chapitre introduisant un matériau prometteur à base de silicium pour observer des effets de cohérence phononique conclut le manuscrit.

Published
2016

41. Validation and screening of new anti-infective molecules on microarray : applications to Pseudomonas aeruginosa

Author

Dupin , Lucie, Institut des Nanotechnologies de Lyon ( INL ), École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon ( CPE ) -Institut National des Sciences Appliquées de Lyon ( INSA Lyon ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Université de Lyon, Yann Chevolot, STAR, ABES, INL - Chimie et Nanobiotechnologies (INL - C&N), Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
[SPI.OTHER]Engineering Sciences [physics]/Other, [ SPI.OTHER ] Engineering Sciences [physics]/Other, [SPI.OTHER] Engineering Sciences [physics]/Other, Glycocluster/lectin interaction, DNA Directed Immobilization (DDI), Molecular simulations, Microarray, Modélisation moléculaire, Interaction glycocluster/lectine
Abstract

Summary: Pseudomonas aeruginosa (PA) is the third pathogen involved in nosocomial diseases and the major cause of mortality of cystic fibrosis patients. PA develops resistance to antibiotics treatments. And so, developing new therapeutic strategies is a public health issue. One of the promising strategies is to inhibit virulence factors involved in the adhesion and the biofilm formation of PA. Some of these virulence factors are lectins which interact with sugars (PA-IL, PA-IIL, FliC, FliD, PilA, PilY1 and CupB6).The goal of this work is to find molecular decoys which have a strong affinity for these lectins. These are saccharidic units with a multivalent display: glycoclusters. An innovative screening tool has been developed: the glycocluster-microarray, to study lectin/glycocluster interactions. It is a microstructured glass slide where glycoclusters are immobilized by DNA Directed Immobilization (DDI). Two screening methods have been developed with this microarray: 1) the screening in solution and by competition of a saccharidic units library and2) the screening of a glycoclusters library immobilized on the microarray. Protocols of IC50 and Kd measurements have also been developed with this tool to characterize the best lectins inhibitors. This tool allows to use few amount of material (few picomoles) and to do parallel analysis.To validate the microarray, a study of the impact of glycoclusters surface density has been done. The screening of more than 150 saccharidic units allowed the selection of the ones that display the best affinity forlectins. The analysis, on microarray and molecular simulations, of the glycoclusters library displaying thesesaccharidic units and several topologies, valences and properties (aromaticity, charge,…) enable to identify key parameters of structure-affinity relationships. An anti-biofilm activity has been observed for the best glycoclusters targeting PA-IL.Testing in vivo activity of these best candidates will be explored. Targeting others lectins such as the ones on the flagella and pili of PA and involved in the early adhesion needs also to be developed. To this end, preliminary tests have been showed and some are in progress., Pseudomonas aeruginosa (PA) est la troisième bactérie impliquée dans les maladies nosocomiales et est la principale cause de mortalité des patients atteints de la mucoviscidose. PA est résistante à la plupart des traitements antibiotiques. Trouver de nouvelles stratégies thérapeutiques est devenu un enjeu majeur de santé publique, l’une d’entre elles est l’inhibition de facteurs de virulence. Parmi ceux-ci, les lectines sont des protéines impliquées dans l’adhésion et la formation de biofilm via des interactions avec des sucres (PA-IL, PA- IIL, FliC, FliD, PilA, PilY1 et CupB6).Le but de ce travail est donc de trouver des leurres moléculaires ayant une forte affinité pour ces lectines. Ceux-ci sont des motifs saccharidiques présentés de façon multivalente : glycoclusters. De part leur grande diversité structurale et leur faible quantité, un outil de criblage innovant a été développé qui consiste en une lame de verre microstructurée : le glycocluster-microarray. Les glycoclusters sont immobilisés de manière ordonnée par DNA Directed Immobilization (DDI). Deux méthodes de criblage ont été développées grâce à cet outils : 1) le criblage en solution et par compétition d’une bibliothèque de motifs saccharidiques et 2) le criblage d’une bibliothèque de glycoclusters immobilisés sur le microarray. Avec cet outil, des protocoles de mesures d’IC50 et de Kd ont aussi été fiabilisés pour caractériser les meilleurs candidats inhibiteurs des lectines. Le glycocluster- microarray présente l’avantage de n’utiliser qu’une très faible quantité de matériel (quelques picomoles) et permet de réaliser diverses analyses en parallèle.Afin de valider cet outil, une étude sur l’impact de la densité de surface en glycocluster a été menée. Le criblage de plus de 150 motifs saccharidiques a permis de sélectionner ceux ayant une forte affinité pour les lectines. L’analyse sur microarray complétée par de la modélisation moléculaire d’une bibliothèque de glycoclusters, possédant ces motifs et différentes topologies, valences et propriétés (aromaticité, charge,…), a permis d’identifier les paramètres clés dirigeant les relations structure-affinité. Une activité anti-biofilm chez PA a été démontrée avec les meilleurs glycoclusters ciblant PA-IL.Tester l’activité in vivo, chez l’animal, des meilleurs candidats est une voie à explorer. Cibler d’autres lectines comme celles présentes sur le flagelle et les pili de PA et notamment impliquées dans son adhésion précoce est aussi une voie à développer. Pour cela, des tests préliminaires ont été présentés et d’autres sont en cours faisant appel à l’utilisation de bactéries entières ainsi qu’à une détection sans marquage des lectines.

Published
2016

42. Geometric conductive filament confinement by nanotips for resistive switching of HfO2-RRAM devices with high performance

Author

Subhajit Guha, Christian Walczyk, Christian Wenger, Brice Gautier, Mirko Fraschke, Philippe Hamoumou, Eduardo Perez, Francesco Santoni, Thomas Schroeder, Pauline Calka, Gang Niu, Lambert Alff, Aldo Di Carlo, Matthias Auf der Maur, INL - Hétéroepitaxie et Nanostructures ( INL - H&N ), Institut des Nanotechnologies de Lyon ( INL ), École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon ( CPE ) -Institut National des Sciences Appliquées de Lyon ( INSA Lyon ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Institut de biologie et chimie des protéines [Lyon] ( IBCP ), Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), IHP Frankfurt, INL - Plateforme Technologique Nanolyon ( INL - Nanolyon ), HYCHICO, Laboratoire de Spectronomie Moléculaire ( SMIL ), Université de Bourgogne ( UB ), Istituto Nazionale di Fisica Nucleare [Sezione di Roma 1] ( INFN ), Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, INL - Hétéroepitaxie et Nanostructures (INL - H&N), Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE), Institut de biologie et chimie des protéines [Lyon] (IBCP), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Innovations for High Performance Microelectronics (IHP), INL - Plateforme Technologique Nanolyon (INL - Nanolyon), INL - Dispositifs Electroniques (INL - DE), Leibniz institute for innovative microelectronics [Frankfurt (Oder)] (IHP), and Istituto Nazionale di Fisica Nucleare [Sezione di Roma 1] (INFN)

Subjects
Materials science, chemistry.chemical_element, 02 engineering and technology, Settore ING-INF/01 - Elettronica, 01 natural sciences, Article, Protein filament, [SPI]Engineering Sciences [physics], Reliability (semiconductor), 0103 physical sciences, [ SPI ] Engineering Sciences [physics], [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Electrical conductor, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, 010302 applied physics, Multidisciplinary, business.industry, Conductive atomic force microscopy, 021001 nanoscience & nanotechnology, Resistive random-access memory, chemistry, Electrode, [SPI.OPTI]Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, Optoelectronics, [ SPI.NANO ] Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, [ SPI.OPTI ] Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, 0210 nano-technology, Tin, business, Current density
Abstract

Filament-type HfO2-based RRAM has been considered as one of the most promising candidates for future non-volatile memories. Further improvement of the stability, particularly at the “OFF” state, of such devices is mainly hindered by resistance variation induced by the uncontrolled oxygen vacancies distribution and filament growth in HfO2 films. We report highly stable endurance of TiN/Ti/HfO2/Si-tip RRAM devices using a CMOS compatible nanotip method. Simulations indicate that the nanotip bottom electrode provides a local confinement for the electrical field and ionic current density; thus a nano-confinement for the oxygen vacancy distribution and nano-filament location is created by this approach. Conductive atomic force microscopy measurements confirm that the filaments form only on the nanotip region. Resistance switching by using pulses shows highly stable endurance for both ON and OFF modes, thanks to the geometric confinement of the conductive path and filament only above the nanotip. This nano-engineering approach opens a new pathway to realize forming-free RRAM devices with improved stability and reliability.

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2016
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43. Carrier profiling of ZnO nanowire structures by scanning capacitance microscopy and scanning spreading resistance microscopy

Author

Wang, Lin, INL - Spectroscopies et Nanomatériaux ( INL - S&N ), Institut des Nanotechnologies de Lyon ( INL ), École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon ( CPE ) -Institut National des Sciences Appliquées de Lyon ( INSA Lyon ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Université de Lyon, Georges Brémond, STAR, ABES, Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Matériaux pour l'électronique, SemiConductors, Scanning Spreading Resistance Microcopy - SSRM, Semiconducteur, Nanoelectronics, Nanoélectronique, Nanofils ZNO, [SPI.TRON] Engineering Sciences [physics]/Electronics, Scanning capacitance Microscopy - SCM, [SPI.TRON]Engineering Sciences [physics]/Electronics, Scanning Probe Microscopy - SPM, [ SPI.TRON ] Engineering Sciences [physics]/Electronics, Electrical properties, Propriétés optoélectroniques, P-Type doping, ZNO nanowires, Electronic Materials, Microscopie à sonde locale, Electronics, Electronique, Dopage de type p, Propriétés électr
Abstract

Based on atomic force microscope (AFM), scanning capacitance microscopy (SCM) and scanning spreading resistance microscopy (SSRM) have demonstrated high efficiency for two dimensional (2D) electrical characterizations of Si semiconductors at nanoscale and then have been extensively employed in Si-based structures/devices before being extended to the study of some other semiconductor materials. However, ZnO, a representative of the third generation semiconductor material, being considered a promising candidate for future devices in many areas, especially in opto-electronic area, has rarely been addressed. Recently, extensive research interests have been attracted by ZnO NWs for future devices such as LED, UV laser and sensor. Therefore, a good understanding of electrical properties of the NWs is in need. In this context, this thesis work is dedicated to the 2D electrical characterization of ZnO NWs with the focus of carrier profiling on this kind of nanostructure in the effort of their p-type doping. For this purpose, a planarization process has been developed for the NWs structure in order to obtain an appropriate sample surface and perform SCM/SSRM measurements on the top of the NWs. For quantitative analysis, Ga doped ZnO multilayer staircase structures were developed serving as calibration samples. Finally, residual carrier concentrations inside the CBD and MOCVD grown ZnO NWs are determined to be around 3×10^18 cm^-3 and 2×10^18 cm^-3, respectively. The results from SCM/SSRM characterization have been compared with that from macroscopic C-V measurements on collective ZnO NWs and the differences are discussed. In addition to carrier profiling on NWs structure, applications of SCM/SSRM on some other ZnO-based nanostructures are also investigated including ZnO:Sb films, ZnO/ZnO:Sb core-shell NWs structure, ZnO/ZnMgO core-multishell coaxial heterostructures., Ce travail de thèse porte sur l'application des techniques Scanning Capacitance Microscopy (SCM) et Scanning Spreading Resistance Microscopy (SSRM) pour la caractérisation électrique de nanofils de ZnO avec l'objectif d'en déterminer le dopage par profilage des porteurs libres suite à des essais de dopage de type p. Afin de pouvoir utiliser un référentiel planaire nécessaire à ces mesures par sonde locale, un procédé de remplissage par dip-coating et de polissage a été spécialement développé sur des champs de nanofils quasi-verticaux. De plus, dans le but de parvenir à un étalonnage des mesures SCM et SSRM, nous avons conçu et fait fabriquer des échantillons étalons de dopage de type n, contenant des niveaux de Ga en escalier de densité variable de 2×10^17 à 3×10^20 cm^-3. Les mesures sur des coupes transversales de ces deux de structures multicouches ont permis, pour la première fois sur ZnO d'établir un étalonnage des mesures SCM et SSRM et de déterminer le dopage intrinsèque électriquement actif de couches 2D nanométriques, résultat difficilement atteignable par d'autres techniques d'analyse. Des résultats inattendus de concentration résiduelle de porteur de l'ordre de 2×10^18 et 3×10^18 cm^-3 ont été trouvés sur les nanofils de ZnO crus par MOCVD et par CBD respectivement. Outre la caractérisation électrique microscopique des nanofils par SCM et SSRM, des techniques macroscopiques classiques ont été utilisées pour caractériser des assemblées importantes de nanofils de ZnO. L'origine de la difference entre les résultats de deux genres de technique a été discutée. Nous avons aussi étudié les effets des dopages ex-situ par diffusion du phosphore (procédé SOD) et des dopages in situ par incorporation d'antimoine (Sb) pendant la croissance MOCVD. Les résultats majeurs sont obtenus pour l'antimoine, en utilisant des couches ZnO: Sb 2D et des nanofils cœur-coquille ZnO/ZnO: Sb, ou l'hypothèse d'une compensation partielle du dopage n résiduel par un centre accepteur créé par le dopage Sb semble pouvoir être établie raisonnablement.

Published
2016

44. The advanced developments of the Smart Cut™ technology : fabrication of silicon thin wafers & silicon-on-something hetero-structures

Author

Meyer, Raphaël, INL - Photovoltaïque ( INL - PV ), Institut des Nanotechnologies de Lyon ( INL ), École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon ( CPE ) -Institut National des Sciences Appliquées de Lyon ( INSA Lyon ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Université de Lyon, Mustapha Lemiti, Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and STAR, ABES

Subjects
Silicon, Wafer, Silicon on glass, Hydrogen implantation, Spectrométrie de masse d'ions secondaires, [ SPI.MAT ] Engineering Sciences [physics]/Materials, SIMS - Secondary Ion Mass Spectrometry, Silicom on saphir, Liquid Phase Epitaxy, Couche mince, [SPI.MAT] Engineering Sciences [physics]/Materials, Epitaxie en phase liquide, Smart Cut ™, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, Silicium sur verre, Tranche fine, Silicium, Thin film, Diffraction des électrons rétrodiffusés, Implantation d'hydrogène, Smart Cut™, Silicium sur saphir
Abstract

At first, the thesis studies the kinetics of Smart Cut™ in silicon implanted with hydrogen ions for annealing temperature in the range 500°C-1300°C. The kinetics is characterized by using a specially-dedicated furnace and by considering laser annealing. Based on the related characterization and observations, a physical model is established based on the behavior of implanted hydrogen during annealing. The model is strengthened by SIMS characterization focused on the evolution of hydrogen during annealing and on numerical calculations. Additionally, the model proposes an explanation for the properties of the obtained films as a function of the annealing conditions, based on optical microscope and AFM observations and bonding energy characterization. Based on this splitting model, two innovative processes for fabrication of silicon films are proposed. The first process allows to produce films of silicon on sapphire and films of silicon on glass by considering a laser annealing. The second produces foils of monocrystalline silicon by liquid phase epitaxial growth on implanted silicon substrate. The study of the first process proves for the first time the possibility to apply the Smart Cut™ for substrates of implanted silicon. The resulting films present large surface of transferred films (up to 200 mm wafers), which is very interesting in an industrial perspective. The study proposes different characterization of the films obtained by this process (AFM, optical profilometry and 4 probe measurement). The second process is demonstrated by using a chamber of liquid phase epitaxial growth of silicon (deposition temperature superior to 1410°C) in order to deposit liquid silicon on implanted silicon substrates. The obtained films show a high degree of epitaxial growth (up to 90% of the film as characterized by EBSD) and show a thickness as low as 100µm. Additionally the detachment by Smart Cut of the deposited films is demonstrated., La thèse porte sur l’étude de la cinétique de Smart Cut™ dans du silicium après implantation hydrogène, pour des températures de recuit comprises entre 500°C et 1300°C. Ainsi, la cinétique de séparation de couches (splitting) est caractérisée en considérant des recuits dans un four à moufle ainsi que des recuits laser. Sur la base de cette caractérisation, un modèle physique, basé sur le comportement de l’hydrogène implanté durant le recuit, est proposé. Le modèle s’appuie sur des caractérisations SIMS de l’évolution de la concentration d’hydrogène durant le recuit, ainsi que sur des simulations numériques. Le modèle propose une explication aux propriétés des films obtenus en fonction des conditions de recuit et mesurées par microscopie optique, AFM ainsi que par des mesures des énergies d’interfaces. Sur la base du modèle de splitting obtenu, deux procédés de fabrication de films de silicium sont proposés pour l’élaboration de matériaux de silicium sur saphir et verre par recuit laser ainsi que pour l’élaboration de feuilles de silicium monocristallin par épitaxie en phase liquide sur substrat silicium implanté. L’étude de premier procédé prouve pour la première fois la possibilité d’appliquer le procédé Smart Cut™ sur des substrats de silicium implanté. Les films ainsi obtenus présentent des grandes surfaces de transfert (wafer de 200 mm), ce qui présente un grand intérêt industriel. L’étude propose différentes caractérisations des films obtenus (AFM, profilométrie optique, mesure 4 pointe). Le deuxième procédé est démontré en utilisant des bancs d’épitaxie en phase liquide de silicium (température supérieure à 1410°C) afin d’effectuer des dépôts sur des substrats de silicium implantés. Les films obtenus montrent un grand degré de croissance épitaxiale (jusqu’à 90% du film déposé mesuré par EBSD) et présentent une épaisseur aussi faible que 100 µm. D’autre part, le détachement par Smart Cut™ des films ainsi déposés est démontré.

Published
2016

45. Fabrication and optical simulation of periodic nanostructures and their applications

Author

Liu , Jia, Institut des Nanotechnologies de Lyon ( INL ), École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon ( CPE ) -Institut National des Sciences Appliquées de Lyon ( INSA Lyon ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Université de Lyon, Régis Orobtchouk, STAR, ABES, INL - Nanophotonique (INL - Photonique), Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Nanostructure, Nano électronique, Photonique, Fabrication de nanostructures, [SPI.TRON] Engineering Sciences [physics]/Electronics, [SPI.TRON]Engineering Sciences [physics]/Electronics, Nano Electronics, [ SPI.TRON ] Engineering Sciences [physics]/Electronics, Photovoltaics, Photonics, Photovoltaïsme, Electronics, Nanostructure making, Electronique, Laser interference lithography - LIL
Abstract

Periodic nanostructures play an important role in the domain of nanotechnology, especially in photon control. While there exist many general purpose techniques for fabrication and optical simulation, we show tailored fabrication and optical simulation methods for periodic structures to accelerate lab-scale prototyping and optical design. In the first part of this dissertation, we describe a low-cost lithographic technique named Laser Interference Lithography (LIL) for fabricating periodic nanostructures. LIL technique is combined with dry-etching, wet-etching and electrochemical etching technique to realize, respectively, cylindrical holes, inverted pyramids and high aspect ratio pore arrays on silicon based substrate. The one-dimensional patterns on glass substrates are also used as nanofilters in realizing low-cost preconcentration chip. In the second part, we first describe Rigorous Coupled-Wave Analysis (RCWA), a rigorous electromagnetic calculation method designed for periodic structures. A detailed derivation is given to explain the numerical method. Then, we combine the RCWA method and a new proposed pseudo-disordered patterns design approach to investigate photon control. As an example, we demonstrate that by adding ‘appropriate’ engineered fine stripes to each long period the absorption performance of thin silicon slab can be largely enhanced., Les nanostructures périodiques jouent un rôle important dans le domaine des nanotechnologies, en particulier dans le contrôle des photons. Bien qu'il existe de nombreuses techniques d'usage général pour la fabrication et la simulation optique, nous avons développé une technique de fabrication sur mesure et une méthode de simulation optiques pour les structures périodiques pour accélérer le prototypage à l’échelle du laboratoire et la conception optique. Dans la première partie de cette thèse, nous décrivons une technique lithographique nommée « Laser Interference Lithography » (LIL) à faible coût pour la fabrication de nanostructures périodiques. La technique LIL est combinée avec gravure sèche, gravure humide et technique de gravure électrochimique pour réaliser, respectivement, des trous cylindriques, des pyramides inversées et des réseaux taux de pores bi-périodiques à facteur d’aspect élevé sur le substrat à base de silicium. Les modèles unidimensionnels sur des substrats en verre sont également utilisés comme nanofiltres dans la réalisation de la puce de pré-concentration à faible coût. Dans la deuxième partie, nous décrivons d'abord une méthode de calcul électromagnétique rigoureuse Rigorous Coupled-Wave Analysis (RCWA) conçu pour les structures périodiques. Une description détaillée est donnée pour expliquer la méthode numérique. Ensuite, nous combinons la méthode RCWA et une nouvelle approche proposée de la conception des modèles pseudo-désordonnée pour améliorer le piégeage des photons. A titre d'exemple, nous démontrons que, en ajoutant des structures désordonnées à petite échelle sur des arrangements périodiques à grande échelle, la performance quant à l’absorption des couches minces de silicium peut être grandement améliorée.

Published
2016

46. Nanophotonics-based low-temperature PECVD epitaxial crystalline silicon solar cells

Author

Alexandre Dmitriev, Pere Roca i Cabarrocas, Abdelmounaim Harouri, Alain Fave, Inès Massiot, Valerie Depauw, Christos Trompoukis, Fabien Mandorlo, Emmanuel Drouard, Romain Cariou, Ki-Dong Lee, Christian Seassal, Wanghua Chen, Jia Liu, Loïc Lalouat, Regis Orobtchouk, Martin Foldyna, Laboratoire de physique des interfaces et des couches minces [Palaiseau] ( LPICM ), École polytechnique ( X ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Alcatel-Thalès III-V lab ( III-V Lab ), THALES-ALCATEL, IMEC ( IMEC ), Catholic University of Leuven ( KU Leuven ), Departement Elektrotechniek - ESAT [leuven], Katholieke Universiteit Leuven ( KU Leuven ), INL - Nanophotonique ( INL - Photonique ), Institut des Nanotechnologies de Lyon ( INL ), École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon ( CPE ) -Institut National des Sciences Appliquées de Lyon ( INSA Lyon ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Université de Lyon, Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne ( LICB ), Université de Bourgogne ( UB ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), College of Urban and Environmental Sciences, Peking University [Beijing], INL - Photovoltaïque ( INL - PV ), Laboratoire de photonique et de nanostructures ( LPN ), Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Department of Applied Physics [Gothenburg], Chalmers University of Technology [Göteborg], Obducat Technologies [Lund], Laboratoire de physique des interfaces et des couches minces [Palaiseau] (LPICM), École polytechnique (X)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Alcatel-Thalès III-V lab (III-V Lab), IMEC (IMEC), Catholic University of Leuven - Katholieke Universiteit Leuven (KU Leuven), INL - Nanophotonique (INL - Photonique), Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE), Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (LICB), Université de Bourgogne (UB)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), INL - Photovoltaïque (INL - PV), Laboratoire de photonique et de nanostructures (LPN), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL), and Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Materials science, Acoustics and Ultrasonics, Nanotechnology, 02 engineering and technology, Quantum dot solar cell, 7. Clean energy, 01 natural sciences, Polymer solar cell, law.invention, Monocrystalline silicon, Etching (microfabrication), law, 0103 physical sciences, Solar cell, Crystalline silicon, [PHYS.COND]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat], Reactive-ion etching, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, 010302 applied physics, fungi, technology, industry, and agriculture, food and beverages, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, Surfaces, Coatings and Films, Electronic, Optical and Magnetic Materials, 13. Climate action, Dry etching, 0210 nano-technology, [ PHYS.COND ] Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]
Abstract

The enhancement of light absorption via nanopatterning in crystalline silicon solar cells is becoming extremely important with the decrease of wafer thickness for the further reduction of solar cell fabrication cost. In order to study the influence of nanopatterning on crystalline silicon thin-film solar cells, we applied two lithography techniques (laser interference lithography and nanoimprint lithography) combined with two etching techniques (dry and wet) to epitaxial crystalline silicon thin films deposited via plasma-enhanced chemical vapor deposition at 175 degrees C. The influence of nanopatterning with different etching profiles on solar cell performance is studied. We found that the etching profiles (pitch, depth and diameter) have a stronger impact on the passivation quality (open circuit voltage and fill factor) than on the optical performance (short circuit current density) of the solar cells. We also show that nanopatterns obtained via wet-etching can improve solar cell performance; and in contrast, dry-etching leads to poor passivation related to the etching profile, surface damage, and/ or contamination introduced during the etching process.

Published
2016

47. Dispositifs photoniques innovants pour le piégeage optique : Cavité étendue à double période et structure hybride cristal photonique-nano antenne

Author

MILORD, Laurent, Institut des Nanotechnologies de Lyon ( INL ), École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon ( CPE ) -Institut National des Sciences Appliquées de Lyon ( INSA Lyon ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Université de Lyon, Taha Benyattou, STAR, ABES, INL - Nanophotonique (INL - Photonique), Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
[SPI.NANO] Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Cavity, Physics, Optical tweezer, Nanoparticules, Photonique, Laser, Optics, Pinces optiques, Photonics, Optique, Cavité, Nanoparticles, [ SPI.NANO ] Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Physique du bâtiment, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Cristal photonique, Photonic Crystal, Diffraction
Abstract

Since the first work on optical tweezers by Ashkin, a lot of efforts have been made to trap nanoparticles. However, optical tweezers are diffraction limited and can hardly trap particles below 200 nm. This limit can be overstepped using the optical gradient forces of an evanescent field generated and amplified by a photonic nano cavity. Nonetheless, this approach faces two major issues for applications: the trapping section is very small, making the capture of a Brownian motion animated particle very unlikely, and for the “ultimate” nano antennas with nanometric optical modes, their excitation from free space is not effective. The goal of this work is to overcome these two difficulties. To increase the trapping surface, we will first present a device using slow Bloch modes within a double period extended cavity designed in a photonic crystal made out of SOI. We will show that this approach allow for the trapping of 200, 100 and 75 nm particles on an extended surface of 5x5 µm² using a free space laser beam excitation. Secondly, we will investigate the free space excitation of nanometric structures. A photonic crystal – nano antenna mixed structure will be presented, where the photonic crystal is used as a photon pool for the nano antenna. This lead to a funnel effect where the light coming from a large free space laser beam (5µm wide) is focused into the nano antenna. The trapping of 100 nm particles will demonstrate the relevance of this approach., Depuis les premiers travaux d’Ashkin sur les pinces optiques classiques, beaucoup d’efforts ont été fait pour piéger des nano particules. Néanmoins, elles peuvent difficilement piéger des particules inférieures à 200 nm à cause des limites imposées par la diffraction. Cette limite peut être dépassée grâce aux forces optiques de gradient provenant du champ évanescent généré et amplifié par des nano cavités photoniques. Cependant, cette approche est confrontée à deux verrous importants pour les applications : La surface de piégeage est très faible ce qui rend peu probable la capture d’une nanoparticule animée d’un mouvement brownien et pour les pinces « ultimes » de type nanoantenne où le mode est confiné dans des régions nanométriques, leur excitation en espace libre n’est pas très efficace. L’objectif de ce travail vise à lever ces deux verrous. Pour augmenter la surface de piégeage, nous présenterons d’abord une approche utilisant le mode de Bloch d’une cavité étendue à double période dans un cristal photonique fabriqué sur SOI. Nous montrerons que cette approche permet le piégeage de particules de 200, 100 et 75 nm sur une surface étendue de 5x5 µm² en utilisant un faisceau laser d’excitation en espace libre. Dans un deuxième temps, nous nous intéresserons à l’excitation optique en espace libre de structures nanométriques. Nous présenterons une structure hybride nano antenne – cristal photonique, où le cristal photonique joue le rôle de réservoir à photons pour la nano antenne. Cela permet ainsi un effet « entonnoir à photon» où la lumière issu d’un faisceau large (5µm) est concentrée dans la nanoantenne. Nous démontrerons la pertinence de cette approche par le piégeage particules de 100 nm.

Published
2016

48. Physical verification for silicon photonics designs

Author

Cao , Ruping, Institut des Nanotechnologies de Lyon ( INL ), École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon ( CPE ) -Institut National des Sciences Appliquées de Lyon ( INSA Lyon ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Université de Lyon, Ian O'Connor, INL - Conception de Systèmes Hétérogènes (INL - CSH), Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and STAR, ABES

Subjects
[SPI.OTHER]Engineering Sciences [physics]/Other, [ SPI.OTHER ] Engineering Sciences [physics]/Other, [SPI.OTHER] Engineering Sciences [physics]/Other, Hardware_INTEGRATEDCIRCUITS, Silicon photonics, Photonique sur sicilium
Abstract

La plate-forme d'intégration silicium est arrivée à maturité, et a amené les circuits intégrés électroniques (IC) aux applications du marché de masse ; la photonique sur silicium va suivre probablement cette évolution. Pourtant, il y a encore de nombreux défis technologiques à relever pour réaliser la technologie photonique sur silicium. Parmi les principaux défis, il est essentiel de se concentrer sur la construction d'un environnement de conception complet interfacé avec les outils EDA standards ; comme dans la microélectronique, il permettrait la création de librairies photoniques et des blocs IP photoniques. Dans cette étude, nous nous concentrons sur l’adaptation et le développement du flot de vérification physique (PV, ou « physical verification ») pour la conception photonique sur silicium.Il y a un certain nombre de concepts de PV existant pour le CMOS traditionnel qui peuvent être empruntés. Tous, cependant, nécessiteront quelques modifications en raison de la nature distincte du circuit photonique. Nous étudions les exigences de PV pour les circuits photoniques, en comparaison avec celles de la conception de circuits intégrés traditionnels. La limitation la plus importante des outils de PV actuels est de traiter les layout « non-Manhattan ». Nousadaptons des outils industriels standards pour effectuer un « design rule checking » (DRC) efficace et fiable qui valide les layout non-Manhattan. Nous proposons également des méthodologies et développons un flot « layout versus schematic » (LVS) spécifique aux caractéristiques non-Manhattan et aux exigences de vérification de circuits photoniques. Le flot est capable de vérifier le layout du circuit photonique (ou même le silicium fabriqué du circuit) en ce qui concerne la conception cible. Les flots développés sont démontrées avec les outils de Mentor Graphics – Pyxis (l’environnement de dessin) et Calibre® (les outils de PV). Comme les méthodologies génériques, ils peuvent aussi être en principe adoptés dans d'autres outils EDA afin d'effectuer la vérification de la réalisation de la conception du circuit photonique. Un tel flot de PV est essentiel pour amener la technologie photonique sur silicium sur la ligne de production réelle de CMOS., Silicon with its mature integration platform has brought electronic circuits to mass-market applications; silicon photonics will most probably follow this evolution. However, there are still many technological challenges to be addressed in order to realize silicon photonics technology. One of the key challenges is building a complete design environment interfaced with standard EDA tools; as in microelectronics, this would enable the creation of photonic libraries and photonic IP blocks. In this study, we focus on developing a physical verification (PV) flow for the silicon photonics technology.There are a number of components from the traditional CMOS IC physical verification world that can be borrowed. All, however, will require some modification due to the distinct nature of photonic circuits. We study the photonic circuit PV requirements, in comparison with those for traditional IC designs. The most significant limitation of current PV tools is to handle non- Manhattan layout designs. We adapt industrial standard PV tools to perform efficient and reliable design rule checking (DRC) that validates non-Manhattan like layout. We also propose methodologies and develop a layout versus schematic (LVS) checking flow specific to the non- Manhattan characteristics and photonic circuit verification requirements. The flow is capable of verifying photonic circuit layout implementation (or even manufactured silicon) with regard to the intended design. The developed flows are demonstrated with Mentor Graphics Pyxis design environment and Calibre® PV tool suit. As generic methodologies, they can also be in principle adopted in other EDA tool environments in order to verify the physical implementation of the photonic designs. Such a PV flow is essential for bringing the silicon photonics technology onto the real CMOS streamline.

Published
2016

49. From design to characterization of III-V on silicon lasers for photonic integrated circuits

Author

Duprez, Hélène, Institut des Nanotechnologies de Lyon ( INL ), École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon ( CPE ) -Institut National des Sciences Appliquées de Lyon ( INSA Lyon ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Université de Lyon, Christian Seassal, Badhise Ben Bakir, INL - Nanophotonique (INL - Photonique), Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and STAR, ABES

Subjects
[SPI.OTHER]Engineering Sciences [physics]/Other, Semiconductor lasers, Distributed Bragg grating, [ SPI.OTHER ] Engineering Sciences [physics]/Other, [SPI.OTHER] Engineering Sciences [physics]/Other, Circuits photoniques intégrés, Coupleur adiabatique, Adiabatic coupler, Diodes laser, Réseau de Bragg distribué, Photonic integrated circuits
Abstract

This 3 years work covers the design, the process and the characterization of III-V on silicon lasers at 1.31 µm for datacommunication applications. In particular, the design part includes the optimization of the coupling between III V and Si using adiabatic tapers as well as the laser cavity, which is formed within the Si. Three types of lasers were studied, all of them based on cavities which consist of gratings: distributed feedback (DFB) lasers, distributed Bragg reflector (DBR) lasers and finally sampled-grating DBR (SGDBR) lasers. Regarding the DFB lasers, two solutions have been chosen: the grating is either etched on top or on the edges of the Si waveguide to form so called vertically or laterally coupled DFB lasers. The latter type, quite uncommon among hybrid III V on Si technologies, simplifies the process fabrication and broadens the designs possibilities.Not only the lasers demonstrated show high output powers (~20 mW in the waveguides) but also very good spectral purities (with a side mode suppression ratio higher than 50 dB), especially for the DFB ones. The SGDBR devices turn out to be continuously tunable over a wavelength range higher than 27 nm with a good spectral purity as well and an output power higher than 7 mW in the waveguide with great opportunities of improvement., Ces trois années de thèse balayent la conception, la fabrication et la caractérisation de lasers III V sur silicium à 1.31 µm pour les data-communications. Le design des sources englobe notamment l’optimisation du couplage entre l’empilement III V et le silicium, effectué grâce à un taper adiabatique, ainsi que l’étude de la cavité laser inscrite, comme le taper, dans le silicium. Trois types de cavités à base de réseaux ont été étudiées: les cavités à contre-réaction distribuée (DFB pour distributed feedback), celles à réseaux de Bragg distribuées (DBR pour distributed Bragg reflector) et enfin celles à réseaux de Bragg échantillonnées (SGDBR pour sampled-grating DBR). Deux solutions ont été abordées concernant les lasers DFB: le réseau, inscrit dans le guide silicium sous la zone de gain, est soit gravé au-dessus du guide Si, soit sur les côtés. La seconde possibilité, appelée ‘DFB lasers couplés latéralement’, simplifie la fabrication et élargit les possibilités de design.Les lasers DFB fabriqués sont très prometteurs en terme de puissance (avec jusque 20 mW dans le guide) ainsi que pour leur pureté spectrale (avec une différence de plus de 50 dB entre le mode principal et le mode suivant). Une accordabilité spectrale de plus de 27 nm a été obtenue en continu avec les lasers SGDBR tout en conservant une très bonne pureté spectrale et une puissance de plus de 7 mW dans le guide.

Published
2016

50. Understanding of optical and electrical behaviours of high concentration photovoltaic modules, and development of adapted characterization techniques

Author

Besson , Pierre, Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Lyon, Mustapha Lemiti, Institut des Nanotechnologies de Lyon ( INL ), École Centrale de Lyon ( ECL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon ( CPE ) -Institut National des Sciences Appliquées de Lyon ( INSA Lyon ), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), and STAR, ABES

Subjects
Electrotechnics, Energie solaire, Photovoltaic Cell, Electrotechnique, [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, Composant photovoltaïque, Cellule multi-Jonctions, Energie solaire photovoltaïque, Photovoltaic Component, [ SPI.NRJ ] Engineering Sciences [physics]/Electric power, Electric Activity, Comportement optique, Image, Solar Energy, Comportement électrique, Multi-Junction cells, [SPI.NRJ] Engineering Sciences [physics]/Electric power, Optical Activity
Abstract

The goal of this doctoral thesis is to bring answers to a better understanding of the electrical and optical behavior of CPV modules, under different operating conditions. In the first part, a study on module performance under real conditions is presented. Using an outdoor automated test bench, the sensitivity of four different CPV module technologies to most operating conditions relevant to CPV systems has been studied, namely DNI, spectrum, cell and lens temperature and clearness of the sky. In order to isolate the influence of a single operation parameter, the analysis of outdoor monitoring data from one month to two years is performed. The results show how the optical design influences the sensitivity of the electrical parameters to the mentionned operating conditions. The effect of lens temperature on cell current has been found to be maximum for the CPV module without Secondary Optical Element. Also the Voc thermal coefficient was found to vary between module technologies. Finally, the important variations of the fill factor for one technology underlines the need of studying non-uniformities effects on the cell performance. According to the results observed outdoors, an indoor tool was developed in order to uncorrelate outdoor parameters. A test bench that measures multi-spectral irradiance profiles, through CMOS imaging and bandpass filters in conjunction with electrical curves, is used as a mean to visualize and characterize the effects of chromatic aberrations and nonuniform flux profiles under controllable testing conditions. The bench allows decoupling the temperatures of the Primary Optical Element and cell allowing the analyze of their respective effects on optical and electrical performance. In varying the temperature of the Primary Optical Element, the effects on electrical efficiency, focal distance, spectral sensitivity, acceptance angle, or multi-junction current matching profiles can be quantified. Calibration procedures and validation process are detailed. Finally, the developed testbench is used for analyzing the behvaior of three different CPV devices : one without Secondary Optical Element, and two with different Secondary Optical Elements. The impacts of cell position and lens temperature on the cell performance are quantified optically and electrically. The results show how these parameters modify the current density distribution of the subcells, and hence the electrical behavior of the device. They underline more specifically how spectral and spatial non-uniformities affect the cell performance for the different devices. The device without SOE shows a strong sensitivity to lens temperature and POE-cell distance, that will correspond to a decrease of energy production under real conditions of operation., Le travail de thèse effectué a pour objectif d'amener vers une meilleure compréhension des comportements électrique et optique des modules CPV, dans des conditions environnantes variables. La première partie est consacrée à l’étude de la performance des modules en conditions réelles de fonctionnement. Quatre technologies de module, toutes équipées de cellules triple-jonctions, mais de concentrateurs optiques différents, ont été testées en extérieur sur des périodes de un mois à deux ans. Les résultats montrent que la sensibilité à la température de lentille, la température de cellule et au spectre incident varie selon le type d'architecture optique. La sensibilité la plus importante à la température de lentille a été obtenue pour un dispositif sans optique secondaire. Le coefficient en température de la tension Voc a été calculé et varie entre les technologies. Enfin, les variations importantes de facteur de forme avec le spectre incident observées pour une technologie, mettent en évidence la nécessité d'étudier les phénomènes de non-uniformités d'irradiance sur la cellule. Dans une deuxième partie, le développement d’un banc de test en intérieur permettant de mesurer les performances électriques et optiques est présenté. Ce banc a pour objectif de permettre la reproduction des conditions réelles de fonctionnement des modules de façon contrôlée en intérieur. Un système d’imagerie est utilisé pour déterminer la distribution spatiale et spectrale d’irradiance sur la cellule. Associé à un traceur de courbes IV, il vise à caractériser les effets de flux non-uniformes sur la cellule. Le banc de mesure a pour avantage de découpler les paramètres d’études, telles que la température de la lentille et la température de la cellule, et permet ainsi de décorréler leurs effets respectifs sur l'ensemble optique-cellule, ce qui n’est que difficilement possible sur des mesures en extérieur. Le procédé de calibration et la validation du dispositif sont détaillés dans le manuscrit. Enfin, dans une dernière partie, le banc développé est utilisé pour caractériser trois différents dispositifs CPV : un sans optique secondaire, et deux avec des optiques secondaires différentes. Les impacts de la distance lentille-cellule et de la température de lentille sur les performances de la cellule sont quantifiés optiquement et électriquement. Les résultats montrent comment ces paramètres modifient la distribution de densités de courant des sous-cellules, et donc le comportement électrique du dispositif. Ils soulignent plus spécifiquement comment les non-uniformités spectrales et spatiales affectent les performances de la cellule pour les différents concentrateurs. Le dispositif sans optique secondaire montre une sensibilité importante à la température de la lentille et la distance optique primaire-cellule, qui se traduit par une perte de production d'énergie dans des conditions réelles de fonctionnement.

Published
2016

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