Hybrid photonic integrated circuit based on porous silicon and polymers materials for sensing application

Les biocapteurs sont des dispositifs servant à détecter la présence de biomolécules dans un milieu de détection, qui peut être un liquide ou un gaz. L’utilisation de l’optique intégrée permet d’exploiter diverses interactions des biomolécules avec la lumière propagée dans des structures guidantes compactes et facilement réalisables, comme le sont les micro-résonateurs. Dans cette thèse, nous utilisons du silicium poreux dans la fabrication de nos transducteurs optiques composant les biocapteurs. Il s’agit d’un matériau biocompatible présentant une surface spécifique importante sur laquelle peuvent être greffées des molécules. Il permet aussi d’exploiter la détection surfacique de biomolécules directement dans le volume du matériau de par sa nature poreuse. Le matériau a au préalable besoin de subir un procédé de biofonctionnalisation pour permettre l’infiltration de molécules dans les pores qui le compose. En utilisant un procédé de photolithographie, des micro-résonateurs sont fabriqués pour être utilisés comme transducteurs pour la détection surfacique de BSA. La présence de la protéine dans le milieu de détection va induire une modification quantifiable des propriétés des transducteurs et liée à la concentration de la BSA. Une sensibilité de plus de 1000 nm/UIR a pu être obtenue et se révèle meilleure que l’état de l’art. La réalisation d’une structure hybride à base de silicium poreux et de polymères est étudiée. L’avantage de l’utilisation couplée du silicium poreux et des polymères est de permettre la réduction des pertes de propagation tout en améliorant les performances de ce type de biocapteur.Biosensors are devices used to detect the presence of biomolecules in a sensing field, which can be a liquid or a gas. The use of integrated optics allows to exploit various interactions of biomolecules with propagated light in compact and easily realizable guiding structures, such as micro-resonators. In this thesis, we use porous silicon in the fabrication of our optical transducers for biosensors. It is a biocompatible material with a large specific surface on which molecules can be grafted. It also allows to exploit the surface detection of biomolecules directly in the volume of the material because of its porous nature. The material must first get a biofunctionalization process to allow the infiltration of molecules in the pores that compose it. Using a photolithography process, micro-resonators are fabricated to be used as transducers for the surface detection of BSA. The presence of the protein in the detection field will induce a quantifiable change in the properties of the transducers related to the concentration of BSA. A sensitivity of more than 1000 nm/RIU could be obtained and is better than the state of the art. The realization of a hybrid structure based on porous silicon and polymers is studied. The advantage of the coupled use of porous silicon and polymers is to allow the reduction of propagation losses while improving the performances of this type of biosensor