Development of microsensors and nanomaterials suitable for sensing in liquid media

Cette thèse est réalisée dans le cadre d'un partenariat entre deux laboratoires : l'IMN (Institut des Matériaux de Nantes), spécialisé dans l'élaboration de matériaux et l'IETR (Institut d’Electronique et télécommunications), pour ses compétences en microtechnologies et microcapteurs. L'objectif de cette thèse est de développer des microcapteurs originaux intégrant des nanomatériaux dans le but d'augmenter les sensibilités de détection, en particulier en milieu liquide. Les microcapteurs développés à l'IETR sont basés sur des transistors à effet de champ de type " bottom gate " et "dual gate". Dans un premier temps, nous nous sommes focalisés sur l'optimisation du procédé technologique de réalisation des capteurs afin d'obtenir les meilleures caractéristiques électriques pour notre application. Les mesures de détection en utilisant des milieux liquides de différents pH ont été explorées. Une seconde partie du projet, réalisée à l’IMN, a été le développement de nanomatériaux : nanotubes de carbone et couches minces nanoporeuses de carbone. Les études ont porté sur la croissance des nanotubes de carbone déposés par PECVD ainsi que sur l’élaboration des couches nanoporeuses . Ces dernières sont obtenues par dépôt de couches minces composites cuivre/carbone par copulvérisation cathodique magnétron suivi d’une gravure chimique du cuivre. Par la suite, des essais préliminaires d’intégration de ces nanomatériaux carbonés ainsi que de nanofils de silicium ont été réalisés afin de confirmer la compatibilité des procédés de synthèse avec le fonctionnement du dispositif.This thesis is carried out within the framework of a partnership between two laboratories: IMN (Institute of Materials of Nantes), specialized in the elaboration of materials and IETR (Institute of Electronics and Telecommunications) specialized in microtechnologies and microsensors. The objective of this work is to develop original microsensors integrating nanomaterials, in order to obtain charge sensors with high sensitivities, especially in liquid media. The microsensors developed at the IETR are based on "bottom gate" and dual gate field effect transistors. Initially, we focused on the optimization of the technological process of the sensors to obtain the best electrical characteristics for our applications. Detection measurements using different pHs are explored. A second part of the project, carried out at the IMN, was the development of nanomaterials: carbon nanotubes and nanoporous carbon thin films. The studies have focused on the growth of carbon nanotubes deposited by PECVD and on the development of nanoporous layers. The last layers are obtained by depositing copper / carbon composite thin films by magnetron cathodic cosputtering followed by chemical etching of the copper. Subsequently, preliminary tests of integration of these carbon nanomaterials as well as of silicon nanowires were carried out to confirm the compatibility of the synthesis processes with the operation of the device