ExCELSiOR Seminar Cycle – Nano-FTIR : Infrared spectroscopic chemical identification of materials at nanoscale

 – « The NeaSNOM Microscope »
– « Nano-FTIR: Infrared spectroscopic chemical identification of materials at nanoscale »
by Dr. Andreas HUBER from Neaspec GmbH

F. Huth1,2, A. Govyadinov2, S. Amarie1, W. Nuansing2, A.J. Huber1, F. Keilmann3, and R. Hillenbrand2,4.
1 Neaspec GmbH, Martinsried, Germany; 2 CIC Nanogune Consolider, Donostia-San Sebastian, Spain; 3 Dept. of Physics and CeNS, Ludwigs-Maximilians-Universität, Garching, Germany; 4 IKERBASQUE, Basque Foundation for Science, Bilbao, Spain. andreas.huber@neaspec.com

Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopy is an established technique for characterization and recognition of inorganic, organic and biological materials by their far-field absorption spectra in the infrared (IR) fingerprint region. However, due to the diffraction limit conventional FTIR spectroscopy is unsuitable for nanoscale resolved measurements.
We recently applied the principles of FTIR to scattering-type Scanning Near-field Optical Microscopy (s-SNOM) [1]. s-SNOM employs an externally-illuminated sharp metallic tip to create a nanoscale hot-spot at its apex which greatly enhances the near-field interaction between the probing tip and the sample. The light backscattered from the tip transmits the information about this near-field interaction to the far zone where the FTIR spectra can be recorded. The result is a novel nano-FTIR technique, which is able to perform near-field spectroscopy and imaging with nanoscale resolution.
Here we demonstrate Fourier-transform infrared nano-spectroscopy (nano-FTIR) based on a scattering-type scanning near-field optical microscope (s-SNOM) equipped with a coherent-continuum infrared light source. We show in that the method can straightforwardly determine the infrared absorption spectrum of organic samples with a spatial resolution of 20 nm. Corroborated by theory, the nano-FTIR absorption spectra correlate well with conventional FTIR absorption spectra, as experimentally demonstrated with PMMA samples (Fig. 1). Nano-FTIR can thus make use of standard infrared databases of molecular vibrations to identify organic materials in ultra-small quantity and at ultrahigh spatial resolution. As an application example we demonstrate the identification of a nanoscale PDMS contamination on a PMMA sample.

 

 

Fig. 1: In the topography image (left), a small sample contaminant (B) can be found next to a thin film of PMMA (A) on a Si substrate (dark region). In the mechanical phase image (middle) the contrast already indicates that the particle consists of a different material than the film and the substrate. Comparing the nano-FTIR absorption spectra at the positions A and B (right panel) with standard IR databases reveals the chemical identity of the film and the particle.

We envision that nano-FTIR will become a powerful tool for chemical identification of nanostructures, for investigating local structural properties (i.e. defects, strain) of crystalline and amorphous nanostructures, as well as for non-invasive measurement of the local free-carrier concentration and mobility in doped nanostructures.

[1] F. Huth, M. Schnell, J. Wittborn et al, Nat. Mater. 10, 352 (2011).
[2] S. Amarie, P. Zaslanky, Y. Kajihara et al, Beilstein J. Nanotechnol. 3, 312 (2012).
[3] F. Huth, A. Govyadinov, S. Amarie et al, Nano Lett 12, 3973 (2012).

www.excelsior-ncc.eu

Des transistors à l’assaut de la troisième dimension

Pour la première fois, des chercheurs du LAAS et de l’IEMN construisent un transistor nanométrique véritablement en 3D.

Les limites de miniaturisation des composants électroniques pourraient être plus éloignées que ce que l’on pensait. Une équipe du Laboratoire d’analyse et d’architecture des systèmes (LAAS–CNRS, Toulouse) et de l’Institut d’électronique, de microélectronique et de nanotechnologie (CNRS/Université Lille1/Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambresis/Isen) viennent de construire un transistor de taille nanométrique au comportement exceptionnel pour un dispositif de cette dimension. Pour y parvenir, les chercheurs ont conçu une architecture originale en trois dimensions composée d’un réseau vertical de nanofils dont la conductivité est contrôlée par une grille de seulement 14 nm de longueur. Ces résultats, publiés dans la revue Nanoscale, ouvrent la voie à des alternatives aux structures planaires des microprocesseurs et des mémoires actuels. Ces transistors 3D permettraient ainsi d’accroître la puissance des dispositifs microélectroniques.

Vue schématique d’un nano-transistors 3D
Vue schématique d’un nano-transistors 3D montrant la grille (rouge) entourant les nanofils verticaux (vert) et séparant les contacts aux extrémités de chaque nanofil (beige).

© X-L Han et G. Larrieu

Les transistors, briques de base de la microélectronique, sont composés d’un élément semi-conducteur, dit canal, reliant deux bornes. Le passage du courant entre les bornes est contrôlé par une troisième borne appelée grille : c’est celle-ci qui, tel un interrupteur, détermine si le transistor est ouvert ou fermé. Au cours des 50 dernières années, la taille des transistors n’a cessé de se réduire à un rythme constant et soutenu, permettant la montée en puissance des appareils microélectroniques. Cependant, il est admis qu’avec les architectures de transistors planaires actuelles, la miniaturisation est proche de sa limite. En effet, au-delà d’une taille minimale, le contrôle du canal des transistors par la grille est de moins en moins efficace : on observe notamment des fuites de courant qui perturbent les opérations logiques réalisées par ces ensembles de transistors. Voilà pourquoi les chercheurs du monde entier étudient des alternatives permettant de poursuivre la course à la miniaturisation.

Les chercheurs du LAAS et de l’IEMN ont, pour la première fois, construit un transistor nanométrique véritablement en 3D. Le dispositif est constitué d’un réseau serré de nanofils verticaux d’environ 200 nm de longueur reliant deux plans conducteurs. Une grille, constituée de chrome, entoure complètement chaque nanofil et contrôle le passage du courant. Ainsi, les chercheurs ont obtenu un niveau de commande transistor très élevé pour un dispositif de cette dimension. La longueur de la grille est de seulement 14 nm, contre 28 nm pour les transistors des puces actuelles. Néanmoins, sa capacité à contrôler le passage du courant dans le canal du transistor est compatible avec les besoins de la microélectronique actuelle.
Cette architecture pourrait permettre de construire des microprocesseurs constitués d’un empilement de transistors. L’on pourrait ainsi augmenter considérablement le nombre de transistors dans un espace donné, et, par conséquent, augmenter les performances des microprocesseurs ou la capacité des mémoires. Un autre atout important de ces composants est que leur fabrication est relativement simple et ne nécessite pas de procédés lithographiques1 de haute résolution. De plus, ces transistors pourraient s’intégrer facilement aux éléments microélectroniques classiques utilisés actuellement par l’industrie.
Un brevet a été déposé pour ces transistors. Les scientifiques veulent à présent poursuivre leurs efforts en miniaturisant encore la taille de la grille. Celle-ci pourrait être inférieure à 10 nm tout en offrant encore un contrôle du transistor satisfaisant. De plus, ils veulent commencer à concevoir, de concert avec des industriels, les dispositifs électroniques futurs qui mettront à profit l’architecture 3D de ces transistors.

Notes :
1 Un procédé lithographique est une technique largement utilisée en micro/nano technologie pour réaliser des texturations de surface par transfert de motifs définis dans une résine sensible.

 

Projet Equipex LEAF

Projet Equipex LEAF : ‘Laser procEssing plAtform for multiFunctional electronics on Flex’

Kick-off Meeting

Mercredi 20 Mars 2013

IEMN, Avenue Poincaré, Villeneuve d’Ascq, France

Matinée ouverte au public (inscription obligatoire)

 AGENDA

9:30                     Accueil (Hall de l’IEMN)

10:00 – 10h30     Présentation du projet EQUIPEX LEAF

10:30 – 11:10       Daniel BENSAHEL ( Manager advanced front-end materials) ST Microelectronics, Crolles
« CMOS technology evolutions and new materials challenges »

11:10 – 11:50        Jan ELIZALDE (Senior Research Scientist) CIC microGUNE / IK4-Ikerlan, Arrasate-Mondragón
« Pathogens rapid detection Point Of Care (POC) for food contamination monitoring »

12:30 – 13:45       Repas (Sous-sol)

13:45 – 14:30       Visite des plateformes technologiques

14:30 – 16:00      Comités de Direction et de Pilotage

16:00                    Fin de la réunion de lancement

LEAF-Web-Invitation-Kick-Off-final

Inscription en ligne : http://leaf-equipex.iemn.univ-lille1.fr/2013/01/24/kick-off-meeting/

JOURNEE DE PRESENTATION DU RESEAU RTB

29/03/2013 – de 10h à 16h
Le réseau de Recherches Technologiques de Base (RTB) est un réseau national de grandes centrales de micro- et nanofabrication.

Ce réseau est à disposition de l’ensemble des communautés académiques et industrielles intéressées par les micro et nanotechnologies et vous invite à une journée d’informations et d’échanges sur les possibilités d’accès à ces ressources technologiques le Vendrdi 29 mars 2013, de 10h à 16h à l’IEMN.
Vous trouverez ci joint un descriptif de la journée .
Inscription obligatoire avant le 15 mars

Contact : plateforme@iemn.univ-lille1.fr

Programme détaillé de la journée

La première démonstration de la fabrication de transistors de puissance en onde millimétrique de type HEMT AlGaN/GaN sur substrat silicium (110)

La première démonstration de la fabrication de transistors de puissance en onde millimétrique de type HEMT AlGaN/GaN sur substrat silicium (110) hautement résistif a été réalisée à l’IEMN en collaboration avec le CRHEA [A. SOLTANI et al., IEEE Electron Device Letters, publié en ligne le 7mars 2013].

Usuellement, ces hétérostructures sont obtenus par épitaxie par jet moléculaire sur substrat silicium orienté (111). Cependant la croissance des phases wurtzite AlN/GaN semble plus favorable sur silicium orienté (110) et permet d’obtenir des couches libres de craquelures et une qualité matériau améliorée.

L’épitaxie présente d’excellentes caractéristiques de transport électronique avec une résistance carrée de 245 W/ÿ, une mobilité de 2045 cm2/V.s et une densité de porteurs dans le puits de 1.21´1013 cm-2. Des transistors ayant une longueur de grille de 60nm et un recess de grille de 10nm ont démontré les potentialités de ces structures pour un fonctionnement en bande Ka avec une densité de puissance hyperfréquence de 3.3W/mm associée à un rendement en puissance ajouté de 20.1% et un gain en puissance de 10.6dB à 40GHz. Ces transistors présentent un courant drain-source de 1.55A/mm et une transconductance maximale de 476mS/mm.

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Fig.1: Structure of the AlGaN/GaN HEMT on (110) oriented silicon substrate.

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Fig.2: SEM picture of the T-shaped 60 nm gate length fabricated with the nitride-gate technology

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http://www.semiconductor-today.com/news_items/2013/MAR/IEMN_210313.html

Author(s): Soltani, A.
Institut d’Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie, Centre National de Recherche Scientifique (IEMN/CNRS), Villeneuve d’Ascq, France
Gerbedoen, J.-C.; Cordier, Y.; Ducatteau, D.; Rousseau, M.; Chmielowska, M.; Ramdani, M.; De Jaeger, J.-C.

UGSF « Les journées du Labo »

4 & 5 avril 2013 : L’Unité de Glycobiologie Structurale et Fonctionnelle – UMR8576, USTL organise « Les journées du Labo » au laboratoire central de l’IEMN

Jeudi 4 avril 2013

♦ 8h45 – 9h00 : Mot du Directeur
♦ 9h00 – 9h30 : Intervention de Dominique Legrand, Directeur de l’IRPBB – IFR 147
♦ 9h30 – 10h15 : Equipe « Glycobiologie de la signalisation cellulaire et des glycopathologies », Jean-Claude Michalski, Catherine Robbe
♦ 10h15 – 10h30 : Pause café
♦ 10h30 – 11h15 : Equipe « Glycobiologie de la signalisation cellulaire et des glycopathologies », François Foulquier, Tony Lefebvre
♦ 11h15 – 12h00 : Equipe « Génétique microbienne », Steven Ball
♦ 12h00 – 13h30 : Pause déjeuner
♦ 13h30 – 14h15 : Equipe « Glycobiologie végétale », Christophe D’Hulst
♦ 14h 15 – 15h15 : Equipe « Biodiversité associée aux Glycoconjugués », Christophe Biot, Julie Bouckaert et Yann Guerardel
♦ 15h15 – 15h30 : Pause café
♦ 15h30 – 16h15 : Equipe « Diversité structurale des héparanes sulfates et régulation de la réponse inflammatoire », Fabrice Allain
♦ 16h15 – 17h30 : Equipe « RMN et interactions moléculaires », Xavier Hanoulle, Isabelle Landrieu, Guy Lippens et Caroline Smet-Nocca

Vendredi 5 avril

♦ 9h 00 – 9h30 : Présentation de la SATT Nord , Eglantine Rollet
♦ 9h30 – 10h30 : Equipe « Régulation de la glycosylation terminale », Philippe Delannoy et Anne Harduin-Lepers
♦ 10h30 – 10h45 : Pause café 10h45 – 11h30 : Equipe « Génétique des enveloppes bactériennes », Jean-Marie Lacroix
♦ 11h30 – 12h30 : Equipe « Plasticité neuronale », Stéfania Maccari et Ferdinando Nicoletti
♦ 12h30 – 14h00 : Pause déjeuner 14h00 – 14h30 : Equipe « Glycobiologie de l’olfaction », Patricia Nagnan-Le Meillour
♦ 14H30 – 15H15 : Equipe « Fibres végétales », Simon Hawkins
♦ 15h15 – 15h35 : Présentation de la plateforme PaGès, Emmanuel Maes
♦ 15h35 – 17h30 : Discussion générale

Projet ExCELSiOR

ExCELSiOR : Experimental CEnter for Large Spectrum prOpeRties of nanostructures from DC to Mid-Infrared – www.excelsior-ncc.eu

ExCELSiOR (Centre expérimental pour l’étude des propriétés des nanodispositifs dans un large spectre du DC au moyen Infra-rouge.) a pour vocation de devenir un centre de mesures dans le domaine des nanosciences à dimension Européenne. Ce centre unique fonctionnera en espace et moyens partagés ouverts aux communautés académiques et industrielles.

Ce projet a pour objectif de faire émerger des recherches aux interfaces entre la microscopie à l’échelle nanométrique et les techniques de caractérisations couvrant les domaines des microondes au moyen infrarouge. Les champs de recherche concernent des aspects fondamentaux et de développements instrumentaux. Les domaines d’applications visés sont ceux de la nano-électronique/-photonique voire de la biologie à plus long terme et concernent les domaines des STIC, de la sécurité, de la santé et de l’environnement.

ExCELSiOR …   Vers de Nouveaux Instruments de Mesure

Connecter, Manipuler, Mesurer les composants nanométriques ; connaitre leurs propriétés électroniques, optiques… Acquisition de nouveaux grands équipements, instruments uniques à l’interface entre la microscopie et l’instrumentation haute fréquence et optique.

Jeudi 15 Novembre 2012 : Inauguration du Projet ExCELSiOR

La journée d’inauguration du projet d’EQUIPEX ‘ExCELSiOR’ s’est déroulée le l5 Novembre dernier à l’IEMN – CNRS, campus de l’Université de Lille1.  A l’occasion de cet évènement nous avons  accueilli   une soixantaine de visiteurs. Ainsi, des  personnalités issues de grands groupes industriels et de PME (Agilent, Horiba, IBM, Omicron-Oxford Instruments, Rohde & Schwarz, ST-Microelectronics, , …), de laboratoires nationaux et européens de renom,  d’organismes nationaux (ANR, CEA, CNRS, DGA, KUL, …) ainsi que des acteurs de la recherche régionale (ISEN, LMCU,  PRES ULNF, Région Nord-Pas-de-Calais …) ont participé à cette journée. Cet évènement a été ponctué par plusieurs temps forts. Nous rappelons ici  les deux communications invitées qui ont lancé la journée. La première, donnée par Carlo Reita, Directeur de Recherche au CEA-Leti, Grenoble, concernait les futurs défis des technologies électroniques à l’horizon 2020 ; la seconde, présentée par Jean-Pierre Aimé, Directeur de Recherche CNRS-Université de Bordeaux, traitait des nouveaux paradigmes de la mesure de la matière biologique à l’échelle nanométrique. Enfin, cette journée a aussi été l’occasion d’une  visite des moyens expérimentaux des plateformes ‘champ proche’ et ‘hautes fréquences’ qui constitueront avec de nouveaux équipements inédits, le cœur du centre de caractérisation en nanosciences de dimension Européenne (ExCELSiOR Nanosciences Characterization Center).

   
     

Rétrospective des 20 ans

L’IEMN a fêté ses 20 ans de recherche, durant cinq jours, du 24 au 28 Septembre. A cette occasion, de nombreuses visites et conférences ont été programmées.

24/09/2012 : Cérémonie d’Ouverture

                   

Ouverture de la cérémonie par L. BUCHAILLOT, Directeur de l’IEMN, suivie d’une allocution de:

D. PERCHERON, Président du Conseil Régional,

F. PAILLOUS, Déléguée Régionale de la Délégation Nord, Pas de Calais et Picardie du CNRS,

P. ROLLET, Président de l’Université Lille1, M. OURAK, Président de l’Université de Valenciennes, Hainaut- Cambrésis,

A. KAISER, Directeur de l’ISEN-Lille

    Conférence du Pr. M. FINK, «Renversement du temps, Ondes et Innovation»

25/09/2012 : l’IEMN au DOAE

       Introduction de la journée par les Prs. Mohamed Ourak, Président de l’Université et Jamal Assaad, Directeur du Département Opto-Acousto-Electronique de l’IEMN

Visites du Centre Technologique en Transports Terrestres (C3T) et du laboratoire IEMN DOAE

26/09/2012 : l’IEMN à l’ISEN

   Présentation de l’ISEN Lille par A. KAISER

          

Sensibilisation au codesign, «Pourquoi, à qui et comment la recherche doit-elle communiquer ?»

Débat de clôture de la journée avec un panel d’experts autour du thème «Quelle place pour la recherche dans une école d’ingénieurs ?»

27/09/2012 : l’IEMN et ses partenaires industriels

La journée industrielle du 27 septembre 2012 portait sur la thématique « électronique sur substrat souple », activité en fort développement au sein de l’IEMN et au niveau national par la création récente de l’AFELIM, association française de l’électronique imprimée née de la volonté des laboratoires, collectivités et industriels d’organiser la filière française de l’électronique imprimée.
Journée organisée conjointement par CAP’TRONIC (E. Paternoga) et l’IEMN (J-P. Vilcot, S. Beaussart).

Avec plus d’une centaine de participants (PME, ETI, laboratoires,…)
et des intervenants couvrant l’ensemble de la chaine de valeur allant des matériaux et équipements, aux applications dans le domaine des usages innovants et du textile, en passant par l’importance du design. Les problématiques de développement durable ont aussi été abordées via les potentialités de la chimie verte. Cette journée a été ponctuée par la présentation des activités de recherche dans l’électronique souple au sein de l’IEMN.

 

Cette journée n’aurait pu être réalisée sans l’aide précieuse de nos sponsors et exposants

 

 Témoignages de la journée :
  • « Encore merci pour hier, nous avons vraiment apprécié l’organisation de cette journée et votre accueil. », Laetitia FRIÈS, Responsable Innovation, MICEL.
  • « J’ai été ravi de participer à cette journée, qui m’a permis de découvrir de nouvelles techniques, sociétés innovantes et de nouer des contacts pour la suite », Dominique CAYRON, Engineering Manager, CHAUVIN-ARNOUX.
  • « Bravo pour cette journée très bien organisée et très intéressante », Bernard BAYART, Cité des Echanges.
  •  « Journée très enrichissante: des interventions et intervenants de qualité, un rythme parfait. Bravo! », Ali BEN TAIEB, ETINEO.
  • « Une journée riche en informations et en rencontres », David DELEBECQUE, District Sales Manager, Région Nord, National Instruments France.
  • « Un grand merci …….une journée parfaitement organisée avec des thèmes choisis à la pointe de l’actualité scientifique, mettant en avant les challenges de la recherche en électronique et des débouchés industriels futurs……. échanges fructueux, et riche en contacts ….…Merci encore pour votre excellent accueil et votre parfaite organisation », Pierre LUROT, Directeur des ventes Grands comptes, Agilent Technologies France.

 

28/09/2012 : l’IEMN entre Nous

   Visite du LCI et des plateaux techniques : Centrale de Technologie, Centrale de caractérisation, Plate-forme champ proche

   Visite de l’IRCICA, visite des plateformes : Plateforme tirage de fibres, Plateforme Telecom, Salle Réalité virtuelle, Interactions et retour tactile, Flux vidéo (FOX)

    Visite du P3 : Salle de Caractérisation Electromagnétique CEM-Télécom, – Cellule TEM pour étude de blindage des câbles, – Banc de mesure pour les activités courants porteurs en ligne (CPL) avioniques, – Chambre anéchoïde et chambre réverbérante à brassage de modes, Salle Télécommunications MIMO sans fil,- Chambres réverbérantes couplées à brassage de mode

International Symposium on signal, Image, Video and Communications

L’IEMN DOAE organise la sixième édition de l’International Symposium on signal, Image, Video and Communications du 4 au 6 juillet 2012 à l’Université de Valenciennes, sur le campus du Mont Houy.
Le symposium ISIVC est devenu au fil des années un événement important au niveau national et international dans le domaine des communications numériques et du traitement du signal dédiés plus particulièrement aux images fixes et vidéos. Lire la suite

Ecole d’Eté de Microscopie Electronique à Balayage et de Microanalyses

Le GN-MEBA, en collaboration avec les laboratoires de l’Université de Lille 1, l’Institut d’Electronique de Microélectronique et de Nanotechnologie (IEMN), Géosystèmes, le Centre Commun de Microscopie (CCM), l’Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Lille (ENSCL), l’Ecole Centrale de Lille, l’Université d’Artois et l’Ecole des Mines de Douai, organise du 2 au 6 juillet 2012 à l’IEMN une école d’été de Microscopie Electronique à Balayage et de Microanalyses