IEMN
  • Accueil
  • Actualités
    • Newsletters de l’IEMN
    • Offres de Stages M2-Ingé
    • Les offres d’emplois
    • Toutes les actualités
  • L’Institut
    • Présentation
    • Organisation de l’institut
    • La Direction Scientifique
    • La Direction Technologique
    • La direction administrative et financière
    • Règlement intérieur
    • Nos engagements
  • La Recherche
    • Les départements scientifiques
      • Matériaux Nanostructures et Composants
      • Micro/nano et optoélectronique
      • Technologies des télécommunications et Systèmes intelligents
      • Acoustique
    • Les groupes de recherche
    • Les projets phares
  • Production Scientifique
    • Publications IEMN
    • Ressources production scientifique
  • Les plateformes
    • CMNF – Plateforme Centrale de Micro Nano Fabrication
      • Pôle Gravure et implantation
      • Pôle Analyse In Line
      • Pôle Soft Lithographie et Bio Microfluidique
      • Pôle Dépôts et épitaxie
      • Pôle Lithographie
      • Pôle Packaging
      • Staff CMNF
    • PCMP – Plateforme de Caractérisation Multi-Physique
      • Pôle Microscopie en Champ Proche (PCP)
      • Pôle Caractérisation Hyperfréquence, Optique et Photonique (CHOP)
      • Pôle Systèmes de COMmunications avancées et prototypage (SigmaCOM)
      • Pôle Caractérisation et Compatibilité ElectroMagnétique et prototypage (C2EM)
      • Staff PCMP
    • Prestations proposées par nos plateformes
  • Partenariat – Valorisation
    • Les Collaborations Académiques
    • Projets ANR
    • Principales collaborations internationales
    • Les partenariats industriels
    • Les laboratoires communs IEMN-Industrie
    • Les startups
  • La Formation à la Recherche
    • L’après-thèse
      • Faire un post-doc à l’IEMN
      • Vers le monde des entreprises et de l’industrie
      • Devenir Enseignant-Chercheur
      • Devenir Chercheur
      • Créer son entreprise à l’IEMN
      • FOCUS sur un ingénieur SATT issu de l’IEMN
    • Une thèse à l’IEMN
      • Soutenances de thèses et HDR
      • Sujets de thèses
      • Les financements
      • Les études doctorales
    • Master – Ingénieur
      • Masters ULille
        • Master Life Sciences and Technologies graduate program
        • Master Nanosciences and Nanotechnologies – Speciality ETECH
        • Master Réseaux et Télécommunications
      • Masters UPHF-INSA
        • Master Ingénierie des Systèmes embarqués et Communications Mobiles
        • Master Cyber-Défense et Sécurité de l’information
        • Master Matériaux, Contrôle, Sécurité
        • Master Ingénierie des Systèmes Images et Sons
      • Écoles Ingé partenaires/tutelles
      • Offres de Stages M2-Ingé
    • Le pôle lillois du GIP-CNFM
    • Nano-École Lille
  • Contact
    • Localisation
    • Formulaire de contact
    • Annuaire Intranet
    • « Suivez-nous »
  • Nos soutiens
  • en_GB
  • Rechercher
  • Menu Menu
ACTUALITES

THESE : Conception, fabrication et caractérisation de sondes de spectroscopie raman à exaltation de pointe à base de nano-antennes métalliques

Damien ESCHIMESE

Vendredi 03 mai 2019 à 14h00
Amphithéâtre de l’IEMN-Laboratoire central – Villeneuve d’Ascq

Jury:

Frédérique DE FORNEL Directeur de Recherche Université de Bourgogne Rapporteur
Cédric AYELA Chargé de Recherche Laboratoire de l’Intégration du Matériau au Système de Bordeaux Rapporteur
Thierry MELIN Directeur de Recherche Institut d’électronique de microélectronique et de nanotechnologie Directeur de thèse
Stephen ARSCOTT Directeur de Recherche Institut d’électronique de microélectronique et de nanotechnologie CoDirecteur de thèse
Gaëtan LÉVÊQUE Maître de Conférences Université de Lille – IEMN Examinateur
Anne-Laure BAUDRION Maître de Conférences Université de Technologie de Troyes, L2n Examinateur
Bernard HUMBERT Professeur des Universités L’Institut des Matériaux Jean Rouxel de Nantes Examinateur

Résumé :

Depuis les années 2000, le développement de la spectroscopie Raman à exaltation de pointe (TERS) a permis l’accès de manière extrêmement localisée aux propriétés structurales et moléculaires à la surface de la matière et à des analyses physico-chimiques combinées. La technologie TERS associe les techniques de microscopie à sonde locale – ici le microscope à force atomique (AFM) – avec le champ proche optique. Elle bénéficie en particulier de la génération, à la surface métaux nobles, de plasmons de surface à l’origine d’exaltation d’ondes électromagnétiques pouvant être confinées dans un volume sub-longueur d’onde à l’extrémité des sondes AFM-TERS.

Aujourd’hui le principal verrou technologique en TERS est la conception des sondes AFM en termes de reproductibilité à échelle nanométrique, et de fabrication en série. Ce travail de thèse effectué dans le cadre d’une thèse CIFRE (HORIBA Scientific) a eu pour but de concevoir un nouveau type de sonde AFM-TERS répondant aux exigences de performances et de fabrication actuelles.

Pour atteindre cet objectif, une étude de simulation numérique a conduit à proposer une nanostructuration métallique de l’extrémité d’un levier AFM, afin de conduire à une exaltation électromagnétique optimisée. Un procédé de nano- et micro-fabrication a été développé au sein de la plateforme de micro et nano-fabrication de l’IEMN, combinant lithographie électronique et optique, évaporation métallique et gravure sur wafers silicium. Il permet la réalisation en série de sondes AFM dont chaque extrémité est composée d’une nano-antenne métallique de taille sub-longueur d’onde, composée d’un nanodisque supportant un nanocône. La méthode de fabrication proposée permet un contrôle des réponses plasmoniques en termes d’amplification du champ et d’accordabilité de la résonance, qui sont la clé des performances en spectroscopie Raman à exaltation de pointe.

Une étude sur l’évaporation inclinée lors du procédé de nano-fabrication développé par lithographie électronique a également été réalisé dans le but de contrôler la forme des nanoparticules – de forme conique à cylindrique avec des parois poreuses — isolées ou en réseaux denses. Les simulations numériques suggèrent que de tels objets peuvent être des candidats potentiels pour le TERS ou le SERS (spectroscopie Raman à exaltation de surface).

Abstract:

Since the start of the 2000s the evolution of tip-enhanced Raman spectroscopy (TERS) has enabled the simultaneous measurement of localized structural, molecular, and physicochemical properties. TERS technology combines scanning probe microscopy — atomic force microscopy (AFM) — with near field optical microscopy. The combined technique is referred to as AFM-TERS. The technique harnesses and exploits the generation of surface plasmons on metal surfaces. These plasmons lead to the generation of confined electromagnetic waves in a sub-wavelength volume at the very tip of the AFM-TERS probe.

The main technological challenge today is the design and optimization of an AFM-TERS probe having nanometer-sized dimensions — and the controlled, reproducible batch fabrication of such structures. The objective of the work presented in this PhD thesis was to design, fabricate, and characterize a new type of AFM probe capable of bettering the current state-of-the-art performances. The PhD was carried out in collaboration with HORIBA and funded partly by a French ‘CIFRE’ grant.

In order to meet these objects, comprehensive numerical modelling led to the design of an optimized metal nanostructuring having maximum electromagnetic exaltation — placed at the extremity of a silicon-based AFM cantilever. A new combined micro and nano fabrication process was developed to achieve this — to be performed using the existing equipment found in the IEMN cleanroom. The process encompasses techniques such as masking using electron beam (ebeam) lithography and UV photolithography, thermal evaporation of metals and ‘lift-off’ techniques, and highly-controlled dry etching of small silicon mesas structures and deep etching for MEMS cantilever releasing. The process enables the batch-fabrication manufacture of AFM-TERS probes containing matter on the millimeter scale (the silicon probe support), the micrometer scale (the silicon cantilever), and the nanometer scale (the combined metallic disk and cone having sub-wavelength dimensions). This method allows nanostructuring on the optical/plasmonic behavior of TERS probes, the key factor which will lead to higher performance in TERS.

Finally, a further study concerning the inclined evaporation of metallic nanostructures via an ebeam-derived lithographic shadow mask was performed in order to control the size and shape of the nanostructuring. The study proved this approach to be feasible. Furthermore, numerical modelling of such structures suggests that they are potential original candidates for both TERS and SERS (surface-enhanced Raman spectroscopy)

Logo
Cité Scientifique
Avenue Henri Poincaré
CS 60069
59 652 Villeneuve d'Ascq Cedex, France
Tel : 03 20 19 79 79
CNRS Logo University of Lille Logo University Polytech Logo Junia Logo Centrale Lille Logo Renatech Logo RFnet Logo
Plan du site
© Copyright Service ECM et pôle SISR 2024
  • Production scientifique
  • Mentions légales
  • Politique de confidentialité
Faire défiler vers le haut
fr_FR
fr_FR
en_GB
Nous utilisons des cookies pour vous garantir la meilleure expérience sur notre site web. Si vous continuez à utiliser ce site, nous supposerons que vous en êtes satisfait.OKNonPolitique de confidentialité