Seminar: Silicon Integrated Systems for Healthcare

Amin Arbabian
Assistant Professor, Department of Electrical Engineering
Stanford University
Wednesday, October 18th 5.30 pm / Amphi Jean Noël Decarpigny, ISEN Lille

Abstract:
Advances in healthcare technologies have mainly focused on therapeutics, interventional procedures, and “late-stage” diagnostics. These steps have undergone significant improvements, leading to higher survival rates and enhancements in quality of life. Nevertheless, current trends are unsustainable due to the inadequate outcomes on specific critical diseases and skyrocketing national healthcare costs. An important example is cancer, where mortality rates have not seen major improvements, even with the tremendous technological advances in diagnostic imaging tools over the last four decades.

In this talk I will outline our efforts in better marrying technology and healthcare with new systems that 1) enable continuous “Nyquist” imaging and screening to enable preventive/predictive care, and 2) introduce smart implants for precision monitoring and closed-loop therapies. Preventive screening through continuous monitoring has the potential to fundamentally revamp our understanding of disease as well as targeted therapy. Today, the human body is monitored infrequently, perhaps on an annual basis and with a low “resolution”. This is in contrast with advanced electronic systems (many of which our community designs and ships), which are frequently monitored and calibrated. I will summarize a few example projects that aim to address these issues, including portable, semiconductor-based, “Tricorder” imaging systems, ultrasound-powered implantable devices that can measure, detect, and act upon local physiological changes through closed-loop neuromodulation or “electroceuticals”, and finally our new investigation of a noninvasive methods of neuromodulation based on ultrasonic excitation.

Short Bio:
Amin Arbabian received his Ph.D. degree in EECS from UC Berkeley in 2011 and in 2012 joined Stanford University, as an Assistant Professor of Electrical Engineering. His research interests are in mm-wave and high-frequency circuits and systems, imaging technologies, and ultra-low power sensors and implantable devices. Prof. Arbabian currently serves on the steering committee of RFIC, the technical program committees of RFIC and ESSCIRC, and as associate editor of the IEEE Solid-State Circuits Letters (SSC-L) and the IEEE Journal of Electromagnetics, RF and Microwaves in Medicine and Biology (J-ERM). He is the recipient or co-recipient of the 2016 Stanford University Tau Beta Pi Award for Excellence in Undergraduate Teaching, 2015 NSF CAREER award, 2014 DARPA Young Faculty Award (YFA) including the Director’s Fellowship in 2016, 2013 Hellman faculty scholarship, and best paper awards from several conferences including ISSCC (2010), VLSI Circuits (2014), RFIC symposium (2nd place, 2008 and 2011), ICUWB (2013), PIERS (2015), and the MTT-S BioWireless symposium (2016).

Seminar: Scalable High-Throughput mm-Wave “Wireless Fiber” Systems

Amin Arbabian
Assistant Professor, Department of Electrical Engineering
Stanford University
Wednesday, October 18th 11am / IEMN Amphitheater

Abstract:
Commercial mm-wave systems are addressing a variety of applications in communication and radar. However, scaling of these systems to larger throughputs and spatial coverage is limited by hardware constraints. This work explores challenges in the silicon integration of scalable high-throughput “Wireless Fiber’’ links that use the spatial and spectral degrees of freedom by exploiting multiplexing in LoS MIMO environments and at extremely high bandwidths. We examine tradeoffs in the partitioning of functionality between the transmitter and receiver as well as the analog and digital domains and investigate a new scalable analog processing architecture for the receiver network. The design of a 4×4 160 Gbps system will be discussed. In addition to this system, we will also present an energy-efficient 130GHz 12.5Gbps OOK system operating with 1.55pJ/bit/m at >5m range. Mm-wave plastic dielectric waveguides for high-speed links and signal distribution in mm-wave systems will also be discussed.

Short Bio:
Amin Arbabian received his Ph.D. degree in EECS from UC Berkeley in 2011 and in 2012 joined Stanford University, as an Assistant Professor of Electrical Engineering. His research interests are in mm-wave and high-frequency circuits and systems, imaging technologies, and ultra-low power sensors and implantable devices. Prof. Arbabian currently serves on the steering committee of RFIC, the technical program committees of RFIC and ESSCIRC, and as associate editor of the IEEE Solid-State Circuits Letters (SSC-L) and the IEEE Journal of Electromagnetics, RF and Microwaves in Medicine and Biology (J-ERM). He is the recipient or co-recipient of the 2016 Stanford University Tau Beta Pi Award for Excellence in Undergraduate Teaching, 2015 NSF CAREER award, 2014 DARPA Young Faculty Award (YFA) including the Director’s Fellowship in 2016, 2013 Hellman faculty scholarship, and best paper awards from several conferences including ISSCC (2010), VLSI Circuits (2014), RFIC symposium (2nd place, 2008 and 2011), ICUWB (2013), PIERS (2015), and the MTT-S BioWireless symposium (2016).

Une journée autour de l’électronique imprimée

En partenariat avec l’association AFELIM, CAPTRONIC et l’IEMN vous proposent une journée autour de l’électronique imprimée au sein de l’IEMN afin de découvrir le développement de la filière et des multiples applications.

Objectif :  Faire un tour d’horizon des différents maillons de la chaîne : innovations, formulations, impressions, afin d’identifier les applications possibles.

PROGRAMME

  • 10H00 Accueil des participants
  • 10h30 Introduction
    Présentation de CAPTRONIC, Edmond PATERNOGA
  • 10H50 Présentation AFELIM, association française de l’électronique imprimée
    Anne-Lise MARECHAL, AFELIM
  • 11H00 Encres argent et autres matériaux pour circuits
    Henri HAPPY, IEMN
  • 11H30 Capteurs sur substrats souples
    Christophe MATHIEU, LINXENS
  • 12H00 L’impression « électronisée »
    Laurent LENGLET, CENTRE TECHNIQUE DU PAPIER
  • 12H30 Buffet
  • 14H00 Encres et colles pour l’électronique imprimée
    Alexandre LONG, PROTAVIC INTERNATIONAL
  • 14H30 Application : Dalles tactiles
    Laurent SCHNEIDER, KERDAINO
  • 15H00 Le papier devient intelligent
    Victor MADELAINE, ARJOWIGGINS CREATIVE PAPERS
  • 15H30 Présentation de la plateforme technologique LEAF
    Emmanuel DUBOIS, IEMN
    Conclusions : Opportunités et Besoins potentiels, Questions/Réponses
  • 16H00 Visite de la plateforme LEAF

INFORMATIONS PRATIQUES

Date et lieu : Jeudi 19 octobre 2017 de 10h00 à 16h00
Institut d’Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie
Avenue Poincaré – CS 60069 – 59652 VILLENEUVE D’ASCQ CEDEX

Prix  : Gratuit, les frais de cette journée sont pris en charge par Cap’tronic

Contact  : Edmond PATERNOGA – paternoga@captronic.fr

Séminaire autour de la manipulation de spin dans les nanostructures de semiconducteurs

Physics of electron g-factors in semiconductor nanostructures

Athmane Tadjine (doctorant dans le groupe physique)
Salle du conseil, mardi 16 novembre 2017, 14h00.

Normalized density of g0−gz on each atom of a spherical nanocrystal of CdSe (diameter = 9 nm) for a magnetic field along z. The density is shown in the xOy (a) and xOz (b) planes passing through the center of the sphere. These data can be seen as the intensity of the local orbital component μl(r) of the magnetic moment (red arrow) induced by the circulating current [depicted by the circular arrow in (a)] generated by the spin-orbit coupling. The atoms are represented by black dots. (c) and (d) are same as (a) and (b), respectively, but calculated using the analytic envelope wave function

The manipulation of the electron spin in semiconductor nanostructures requires the knowledge of the electron g-factor. In this work, we revisit the physics of the electron g-factor in nanostructures of various shape, size, dimensionality (0D-3D) and composition. Our investigation is based on a combination of atomistic and analytical calculations.

We show that, for a given compound, the electron g-factors follow a universal law that just depends on the energy gap, in particular along rotational symmetry axes. We demonstrate that the orbital magnetic moment density strongly depends on the shape of the nanostructure but the total (integrated) magnetic moment is independent of the shape and therefore of the electron envelope wavefunction. The physical origin of this non-trivial behavior is explained.
We deduce that the bulk component of the g-factor is isotropic and that g-factor anisotropies entirely come from surface effects.

Athmane Tadjine (1), Yann-Michel Niquet (2), and Christophe Delerue (1)

1 Univ. Lille, CNRS, Centrale Lille, ISEN, Univ. Valenciennes, UMR 8520-IEMN,F-59000 Lille, nFrance
2 Université Grenoble Alpes, INAC-MEM, L Sim, Grenoble, France and CEA, INAC-MEM, L Sim, 38000 Grenoble, France

Reference: A. Tadjine, Y.-M. Niquet, and C. Delerue, Phys. Rev. B 95, 235437 (2017).

 

Journées du CLub EEA : Véhicule autonome et transport intelligent

Les journées de la section électronique du club EEA se dérouleront à l’Université de Valenciennes et du Hainaut Cambrésis les 9 et 10 novembre 2017.

2017/2018 étant placée sous le signe de l’année du Canada à l’UVHC, l’IEMN-DOAE organise, en partenariat avec le LAMIH, les prochaines journées du club EEA sur le thème « Véhicule autonome – Transport intelligent. »

 

2 dates à retenir pour venir à l’université de valenciennes participer ou présenter vos travaux sur l’une des thématiques suivantes :

  • Capteurs, microsystèmes et mécatronique
  • Système embarqué
  • Véhicule autonome
  • Communication inter-véhicules
  • perception de l’environnement/localisation

Des conférences invitées, viendront en introduction de ces thématiques.

4 personnalités invitées ont d’ores et déjà confirmé leur présence :

  • Eric Ollinger : Adjoint à la Sous-direction de la gestion du réseau routier non concédé et du trafic Ministère de l’écologie, du développement durable et de l’énergie Direction générale des infrastructures, des transports et de la mer (DGITM) Direction des infrastructures de transport
  • Didier Nicholson : Research Project Director à VITEC, Vidéo Innovations pour la session « Perception de l’environnement/localisation »
  • Helmut Seidel : professeur à Sarrebruck dans le domaine des microsystèmes, application à l’automobile, pour la session « Capteurs, microsystèmes et mécatronique »
  • Soumaya Cherkaoui : professeure au Département de Génie Électrique et de Génie Informatique, Directrice Interlab, Université de Sherbrooke pour la session « Véhicule autonome »

Dates importantes

Inscriptions

  • Doctorants :90€
  • non-doctorants :120€

Date limite d’inscription et soumission des résumés (1 page A4) : 23 octobre 2017

Appel à participation

 

Biocapteurs appliqués à la détection phytosanitaire

Séminaire du groupe EPHONI – Pr D. Mencarelli

TIME-HARMONIC TRANSFORMATION OPTICS FOR RIGOROUS SIMULATION OF OPTO-MECHANICAL CAVITIES

Davide Mencarelli

Mardi 11 juillet 2017  – 11h00, Salle du conseil LCI, Villeneuve d’Ascq
Pr. Davide Mencarelli – University Polytechnic of Marche, Italy

Key personnel:

Davide Mencarelli: received the ‘Laurea’ Degree (summa cum laude) in Electronics Engineering in 2002, and was awarded the PhD degree in 2005 from the Università Politecnica delle Marche, Italy. Currently, he is with the Department of Biomedical Electronic and Telecommunication Engineering of the same University. His previous research interests were in analysis and modelling of integrated non-linear electro-optic devices, periodic photonic arrays, and nanoscale devices and carbon nanostructures. Currently, he is working on the analysis of the electromagnetic properties of graphene, graphene nano-ribbons, including the modelling of practical devices such as nano-FETs (field effect transistors), optical nano-sources, and microwave probes for near-field microscopy. He is a member of the Italian University Network for the Physics of Matter (CNISM)

IEMN, l’ultra haut débit en test mondial pour préparer l’arrivée de la 5G et d’un Wi-Fi boosté

Un potentiel énorme par rapport aux ondes radio classiques

«  Buuut !  » signale le commentateur lors d’un match de foot en direct à la télévision. Mais saviez-vous que la transmission du but arrivait sur vos écrans quelques secondes après l’action réelle dans le stade ?

Des « vrais » directs

Un nouveau système de communication ultra-rapide pourrait changer la donne et vous faire connaître enfin les sensations d’un « vrai » direct. Son nom : le Térahertz, une technologie dont le premier essai mondial en extérieur a eu lieu sur les toits de Dunkerque. «  On cherche à créer une communication sans fil la plus rapide possible, à très courte distance – moins de 700 mètres – et avec une fréquence de 300 GHz. C’est la première démonstration mondiale à cette fréquence et à cette distance », explique Guillaume Ducournau, coordinateur du projet, sur lequel il travaille depuis huit ans, à l’institut d’électronique et microélectronique et nanotechnologies de l’université Lille 1. «  On utilise les ondes térahertz, qui offrent un potentiel énorme par rapport aux ondes radio classiques  ».

Un émetteur avait été installé au troisième étage du bâtiment du remorquage, près de l’hôtel des technologies, et un récepteur (notre photo) sur les toits du laboratoire IRenE, plateforme d’innovation technologique de l’Université du Littoral, située avenue Schumann. «  Il y a vingt ans, c’était de la science-fiction !  », commente Éric Fertein, chercheur au laboratoire de physico-chimie de l’atmosphère de Dunkerque, soutien de l’opération.

Des applications pour la santé, les transports…

Le développement d’un nouveau système de communication ultra-rapide est devenu inévitable dans la perspective de l’arrivée en 2020 de la 5G. «  Aujourd’hui, pour le Wi-Fi, on fonctionne avec une fréquence de 2,4 GHz, ce qui limite le débit. Avec le Térahertz, on est à 300 GHz ! D’ici à 2025, on pourrait ainsi multiplier le débit Wi-Fi par 100 voire 1 000. On passerait au TiFi, en référence aux ondes térahertz  », souligne Guillaume Ducournau. Des transmissions de données ultra-rapides, plus de décalage entre l’action et la retransmission, plus de câbles à tirer pour alimenter les caméras…

Ce qui ouvre le champ à de multiples applications : «  Par exemple, dans les salles de chirurgie, plus besoin de marcher sur des tonnes de câbles pour une opération à distance en direct, illustre Guillaume Ducournau. Un avion qui viendrait se garer à sa porte d’embarquement et qui aurait besoin de télécharger énormément de données, pourrait le faire en quelques secondes. Et que dire des télés qui seraient en flux réel ! C’est une fierté de faire ce premier pas à Dunkerque.  » Le brevet et la commercialisation de la technologie pourraient suivre, d’ici quelques années.

Les télés dans les starting-blocks

Les ondes térahertz pourraient bien changer la vie des diffuseurs télé et de leurs techniciens, notamment lors des grands événements sportifs.

Des kilomètres de câbles

«  Actuellement, pour la retransmission de Roland Garros, on doit tirer dix kilomètres de câbles pour brancher les caméras, trente kilomètres pour la dernière étape du Tour de France à Paris. C’est un travail d’installation énorme, qui dure deux jours. Pour le Tour de France, on laisse même les câbles toute l’année pour éviter d’avoir à les acheminer l’année suivante  », explique Pascal Duquenne, responsable production France 3 basé à Lambersart. L’arrivée du mode de retransmission térahertz, beaucoup plus rapide, «  fera disparaître tous les câbles. Ce sera un gain de temps et d’argent pour les télévisions  ».

À tel point d’ailleurs que les Japonais se sont déjà saisis de la technologie en 2008 lors des Jeux Olympiques de Pékin, mais à une fréquence et à une distance moindre que celles testées à Dunkerque mardi. Les techniciens nippons comptent bien réitérer l’expérience en 2020 pour les Jeux de Tokyo.

A. N. (Extrait de La Voix du Nord,  14 juin 2017)

Vmicro, spinoff de l’IEMN réalise la configuration verticale du premier microscope de champ proche de l’histoire

APPLIED PHYSICS LETTERS 110, 243101 (2017) [http://dx.doi.org/10.1063/1.4985125]

Instrumentation aux limites : le nouveau microscope à force atomique renouvelé par les capteurs micro-et nano- systèmes, basé sur un microsystèmes

Les microscopes sont des outils de travail quotidiens dans des domaines tels que l’électronique, la chimie, la métallurgie, les sciences de la vie, la recherche en physique. Disposer de microscopes performants est indispensable pour créer de nouvelles filières technologiques (qualifier les matériaux, les procédés) ou encore poser un diagnostic. Bien que très répandus, les microscopes optiques ne suffisent pas toujours à fournir la résolution nécessaire a cause des limites imposées par la diffraction de la lumière.

Une troisième famille de microscopes, dits à sondes locales, a vu le jour dans les années 1980. La technologie la plus répandue est le microscope à force atomique ou AFM pour Atomic Force Microscope. Son principe revient à remplacer le sens de la vue par celui du toucher. Une nano-pointe balaye la surface à observer ligne par ligne, à la manière des non-voyants lisant le braille. La pointe renvoie une mesure de force, et, en assemblant toutes les lignes, le microscope reconstitue une image de la surface. Grâce aux micro-technologies, on sait fabriquer depuis 1985 des pointes extrêmement fines. Cela confère au microscope AFM une résolution lui permettant de voir des nanostructures, des atomes individuels, ou encore des molécules (ADN, protéines). Cependant, jusqu’à maintenant le capteur de force qui fait le lien entre la pointe et la tête de l’appareil avait très peu évolué: il limitait fortement la rapidité de la mesure et nécessitait une instrumentation optique macroscopique qui constitue souvent un verrou.

Depuis 2005, les travaux de l’IEMN sur des technologies MEMS (Micro-Electro-Mechanical-Systems ont permis d’explorer une instrumentation basée sur des capteurs renouvelés. Cette approche est repartie à la base par la conception micromécanique de résonateurs à pointes, puis s’est poursuivie sur les aspects instrumentaux.

En 2015, la société Vmicro a été créée en tant que spin-off du laboratoire et poursuit le développement de ces sondes en optimisant toutes les étapes de fabrication en salle blanche, afin de mettre sur pied une production compatible avec les exigences des utilisateurs d’AFM issus de domaines très variés, de la science des surfaces aux biologistes. L’entreprise collabore à travers plusieurs projets avec l’IEMN et une publication commune vient de concrétiser un nouveau saut technologique.

Les chercheurs et ingénieurs ont développé une micro-sonde verticale basée sur un résonateur qui permet de contrôler le mouvement de la pointe de façon optimale et ce à des fréquences de plusieurs mégahertz. Une version plus miniature en technologie NEMS est aussi présentée dans l’article.

Le nouveau capteur, nommé Vprobe, a été utilisé dans un microscope commercial modifié et a été testé avec succès en conditions réelles, aux limites instrumentales permises par le montage. Avec une pointe très élancée, la Vprobe réalise enfin la configuration verticale du premier microscope de champ proche de l’histoire, le STM (scanning tunneling microscope) mais avec les atouts de l’AFM. Des transducteurs inventés pour l’occasion permettent de travailler à très faible impédance.

Référence : Atomic force microscope based on vertical silicon probe – APPLIED PHYSICS LETTERS 110, 243101 (2017)

Benjamin Walter,1 Estelle Mairiaux,1 and Marc Faucher1,2

1 – Vmicro SAS, Avenue Poincaré, 59650 Villeneuve d’Ascq, France
2 – Institut d’Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie, CNRS UMR 8520, Univ. Lille

 ABSTRACT : A family of silicon micro-sensors for Atomic Force Microscope (AFM) is presented that allows to operate with integrated transducers from medium to high frequencies together with moderate stiff- ness constants. The sensors are based on Micro-Electro-Mechanical-Systems technology. The verti- cal design specifically enables a long tip to oscillate perpendicularly to the surface to be imaged. The tip is part of a resonator including quasi-flexural composite beams, and symmetrical transducers that can be used as piezoresistive detector and/or electro-thermal actuator. Two vertical probes (Vprobes) were operated up to 4.3 MHz with stiffness constants 150 N/m to 500 N/m and the capa- bility to oscillate from 10 pm to 90 nm. AFM images of several samples both in amplitude modula- tion (tapping-mode) and in frequency modulation were obtained. Published by AIP Publishing. [http://dx.doi.org/10.1063/1.4985125]

SEM images of two micro-fabricated Vprobes.

(a) Vprobe n »1 made on 5 lm device layer SOI wafer: operating frequency 1.18 MHz, stiffness 500 N/m. On this probe, the tip has an electrical access, thanks to metal lines deposited onto lateral beams 4,5.

(b) More miniaturized device Vprobe n »2 made on 500nm thick SOI: operating frequency 4.3 MHz, 150 N/m.

(c) Integrated high aspect ratio silicon tip obtained on Vprobe 1

(d) zoom at the tip apex.

 

 

 

 

Wavely, une start-up, née du croisement de la Recherche et de l’Ingénierie, s’installe à l’IEMN

 

Wavely est née du croisement des mondes de la recherche scientifique et de l’ingénierie, avec des innovations développées dans le laboratoire lillois de recherche de l’Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologies (IEMN), rattaché au Centre national de la Recherche Scientifique (CNRS), à l’Institut Supérieur de l’Electronique et du Numérique (ISEN), aux Université de Lille et de Valenciennes, et à Centrale Lille.

 

Wavely est une start-up spécialisée dans le traitement du signal sonore et le développement de capteurs acoustiques connectés pour détecter par le bruit des défauts sur des équipements industriels ou des fuites de gaz, ou effectuer un monitoring de l’environnement sonore en milieu urbain. Co-fondée par Alexis Vlandas (IEMN – Groupe BIOMEMS, chargé de recherche CNRS), Nicolas Côté (acousticien, ex-enseignant chercheur ISEN) et Marion Aubert, à la suite du projet de recherche MEDISOV, Wavely participe à un programme de co-maturation associant la SATT Nord et l’IEMN.

Le bruit est omniprésent dans notre quotidien. Il est souvent perçu comme une pollution, en particulier dans nos villes. Il est aussi un formidable outil d’analyse et de prévention pour repérer et comprendre un dysfonctionnement ou une anomalie.

Wavely est une société spécialisée dans l’innovation en matière acoustique, avec le développement de deux produits :

– le développement de capteurs acoustiques intelligents, connectés et autonomes pour identifier un dysfonctionnement en amont d’une panne sur des équipements industriels

– une cartographie prédictive de l’environnement sonore en milieu urbain intégrant l’ensemble des sources de bruit.

www.wavely.fr