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Theses

Out-of-equilibrium body potential measurements on SOI substrates : implementation and applications for biochemical detection

Résumé : Dans cette thèse, nous proposons un nouveau paradigme pour la détection biochimique basé sur le potentiel hors équilibre dans des substrats de silicium sur isolant (SOI) utilisé dans la configuration Ψ-MOSFET. Ceci est typiquement utilisé pour la caractérisation SOI et il a la structure d’un transistor inversé dans lequel le courant à travers le film de silicium est mesuré par deux pointes métalliques à pression contrôlée et qui est commandé par la tension de grille arrière appliquée sur le substrat mécanique du SOI. Le canal est proche de la surface supérieure de cette structure, permettant une influence directe des charges déposées sur la conduction du pseudo-transistor. L’originalité de notre travail réside dans le fait qu’au lieu de mesurer un décalage dû à des charges sur les caractéristiques statiques courant-tension, nous avons développé une nouvelle méthode basée sur le potentiel hors équilibre, qui apparaisse en raison du manque de porteurs au moment de la transition entre les régimes d’accumulation et d’inversion. L'injection de charge à travers les sondes métalliques pour la formation de canaux est par conséquent essentielle pour obtenir cet effet. Etonnamment, les pointes métalliques posées sur le film de silicium présentent expérimentalement un comportement ohmique, ce que nous avons pu expliquer en utilisant l'apparition de la phase métallique métastable trouvée à hautes contraintes du silicium par nanoindentation, crée suite à la pression appliquée par les pointes. De plus, nous avons présenté une configuration simplifiée pour les mesures de potentiel, qui a montré une grande polyvalence et une grande stabilité en par rapport à la pression appliquée et la position des pointes. Les mesures ont été répliquées par des simulations TCAD, qui ont réussi montrer que l’influence des charges déposées sur le film de silicium pouvait être mesurée par cette méthode. Enfin, l’application de la méthode du potentiel hors équilibre à la biodétection a été réalisée par une étude incrémentale allant de méthodes de fonctionnalisation de base sur silicium jusqu’à la détection d’ADN. La réponse électrique était proportionnelle à la concentration en ADN et une limite de détection de 1 µM a été estimée à partir des résultats expérimentaux. La preuve de concept de cette nouvelle méthode de lecture peut être appliquée à d’autres dispositifs à effet de champ (nanofils) et à d’autres applications biochimiques.
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https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-02521144
Contributor : Abes Star :  Contact
Submitted on : Friday, March 27, 2020 - 11:43:33 AM
Last modification on : Monday, July 20, 2020 - 9:12:08 AM
Document(s) archivé(s) le : Sunday, June 28, 2020 - 2:07:01 PM

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BENEA_2019_archivage.pdf
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Identifiers

  • HAL Id : tel-02521144, version 1

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Licinius Pompiliu Benea. Out-of-equilibrium body potential measurements on SOI substrates : implementation and applications for biochemical detection. Micro and nanotechnologies/Microelectronics. Université Grenoble Alpes, 2019. English. ⟨NNT : 2019GREAT052⟩. ⟨tel-02521144⟩

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