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

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 – « 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

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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

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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

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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)

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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.

Visite de Madame SCHMIDT-LAINE, directrice de l’INSIS

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Le 25 juin dernier, la directrice de l’INSIS, madame Claudine SCHMIDT-LAINE, dans le cadre de sa tournée de l’ensemble des laboratoires de l’institut , est venue à l’IEMN. Accompagnée de Laurent NICOLAS, directeur adjoint scientifique et de Béatrice DAGENS, chargée de mission , ils ont été accueillis au laboratoire central par Lionel BUCHAILLOT, directeur du laboratoire, et son adjoint Gilles DAMBRINE en présence de Madame  Françoise PAILLOUS, déléguée régionale  et de son adjoint Vincent BENAVENT.

 

 

Après une présentation du laboratoire  à ses hôtes de marque, Lionel BUCHAILLOT  a  entamé une visite du laboratoire  à laquelle  ses visiteurs  ont été sensibles. En effet, les questions  ont été nombreuses  pour les  responsables des équipements techniques  et les chercheurs qui furent  enthousiastes face à cette marque d’intérêt.

 

 

Enfin, Laurent NICOLAS  avait invité l’ensemble des personnels  dans l’amphithéâtre  pour un échange. Celui-ci fut tout d’abord  timide  puis les questions  devinrent plus nombreuses mais aussi de plus  en plus  pertinentes  quant aux orientations de l’INSIS dans le contexte actuel de moyens.

 

La visite des représentants  de l’INSIS se poursuivit l’après-midi chez nos collègues de l’IRCICA.