Les transistors 0D récupèrent l’énergie perdue lors de l’émission de bulles d’hydrogène

Un transistor 0D est placé en contact avec une goutte d’eau contenant du NaCl. Un courant entre l’anode et la cathode génère des bulles d’hydrogène et de chlore, que le transistor peut détecter et transformer en impulsions électriques. N. Clément et al. © American Chemical Society

 

Lorsque l’hydrogène est produit lors de l’électrolyse de l’eau, de l’énergie est perdue à chaque émission de bulle. Dans une nouvelle étude, des chercheurs du CNRS, IEMN, Villeneuve d’Ascq, NTT, Tokyo et du CEA Marcoules ont démontré que des transistors de 25 nm – si petits qu’ils sont considérés 0D – peuvent être utilisés pour transformer cette énergie perdue en impulsions électriques. Plusieurs millions de ces transistors 0D pourraient être utilisés pour détecter des bulles uniques et générer des impulsions avec une efficacité optimale, en récupérant une partie de l’énergie perdue lors de l’électrolyse et en la rendant utilisable pour d’autres applications. En théorie, 2 millions de ces transistors 0D pourraient tenir sous la microbaignoire, ce qui résulterait en des impulsions de 500 µW et un rendement d’émission d’impulsions d’environ 99%.

Ces résultats pourraient avoir une variété d’applications, comme des laboratoires sur puce pour le stockage d’hydrogène. Une autre potentielle application est la physiologie, le signal électrique ayant une amplitude similaire à celle du potentiel d’action dans un neurone.

Cet article a été publié dans Nanoletters.  : Water Electrolysis and Energy Harvesting with Zero-Dimensional Ion-Sensitive Field-Effect Transistors. N. Clément, K. Nishiguchi, J.F. Dufrêche, D. Guérin, A.Fujiwara & D. Vuillaume. Nano Letters 13(8), 3903-3908 (2013), http://dx.doi.org/10.1021/nl4019879

Contact : N. Clément (nicolas.clement@iemn.univ-lille1.fr / 03 20 19 79 32)

 

Séminaire Ferry Kienberger

‘Scanning microwave microscopy: dopant profiling, spectroscopy, and modeling’
Ferry KIENBERGER
Agilent Research Lab (Linz, Autriche)
24/10/2013 à 14h00 – Amphithéâtre de l’IEMN

Scanning microwave microscopy (SMM) is a recent development in nanoscale imaging technique that combines the lateral resolution of atomic force microscopy (AFM) with the high measurement precision of microwave analysis at GHz frequencies. It consists of an AFM interfaced with a vector network analyzer (VNA). SMM allows to measure complex materials properties for nanoelectronics, materials science, and life science applications with operating frequencies ranging between 1 MHz and 20 GHz. Here we present the basic working principles of SMM and advanced applications. In particular, calibrated capacitance and resistance measurements are shown with a noise level of 1 aF [1]. Calibrated dopant profiles are measured from 10E14 to 10E20 atoms/cm3 for nano-electronics characterization [2].
Pointwise C-V (capacitance-voltage) spectroscopy curves were acquired allowing for the characterization of oxide quality, interface traps, and memory effects of novel materials.
Additionally, a 2D mapping workflow was established to acquire roughly 20.000 C-V curves during one image [3]. Experimental investigations are complemented by finite element radiofrequency modelling using the 3D architecture of the probe and the sample, done with the Agilent software EMPro [4].

                  

Left panel: SMM setup. The AFM is interfaced with a Vector Network Analyzer measuring the electromagnetic properties of the sample. Right panel: Topography and dopant density (dC/dV) image of a semiconductor dopant sample with different dopant concentrations for quantitative and calibrated measurements.

References: [1] H. P. Huber et al, Calibrated nanoscale capacitance measurements using a scanning microwave microscope, Rev. Sci. Instrum. 81, 113701 (2010); [2] H. P. Huber et al., Calibrated nanoscale dopant profiling using a scanning microwave microscope, J. Appl. Phys. 111, 014301 (2012); [3] M. Moertelmaier et al., Continuous capacitance-voltage spectroscopy mapping for scanning microwave microscopy, Ultramicroscopy, Sept. 2013 online. [4] M. Kasper et al., Electromagnetic Simulations at the Nanoscale: EMPro Modeling and Comparison to SMM Experiments. Agilent AppNote Aug. 2013

Une ERC Starting Grant décrochée par un chercheur de l’IEMN !

Le projet, nommé UPTEG « Unconventional Principles of ThermoElectric Generation », propose de tester deux idées radicales à même de transformer le silicium en un matériau thermoélectrique ! En effet, la conversion d’énergie thermique en courant électrique par effet Seebeck reste un processus peu efficace, surtout lorsque le gradient de température disponible est modéré. Par ailleurs, les matériaux thermoélectriques usuels sont polluants, de plus en plus rares et difficilement compatibles avec les technologies standard de la microélectronique…
Pourtant, le silicium, matériau central de la microélectronique pour ses propriétés électriques, a également un coefficient thermoélectrique important mais souffre d’un  défaut majeur : une forte conductivité thermique…

Le projet proposé par Jean-François Robillard, enseignant-chercheur à l’ISEN (Institut Supérieur d’Electronique et du Numérique) et travaillant au sein du groupe Microélectronique de l’IEMN, repose sur deux approches :
Convertisseurs à Ingénierie Phononique : Il s’agit de structurer le silicium de façon périodique à l’échelle du libre parcours moyens des phonons thermiques, les principaux porteurs de chaleur. Le résultat est un « matériau artificiel » dont la conductivité thermique peut être réduite d’un facteur 100 voire 1000 tout en préservant largement ses propriétés électriques.
Convertisseurs Micro-Thermoélectroniques : Cette approche encore plus radicale, consiste à construire un générateur à partir d’électrodes de silicium fonctionnalisées grâce à un matériau à très faible travail de sortie (oxide d’alcalin) et séparées par un vide de quelques microns. Dans ce cas les pertes thermiques sont quasi-nulles et le courant est généré par thermo-émission.

Les retombées de ce travail vont de la compréhension du transport thermique à l’échelle nanométrique jusqu’à la réalisation de micro-générateurs efficaces, éventuellement flexibles et donc capables de s’adapter sur tout type de surface.
Le projet repose sur un important travail de simulation, d’ingénierie des matériaux et de technologie. Il s’appuiera sur les ressources exceptionnelles de micro et nano fabrication et de caractérisation de l’IEMN.
L’European Research Council procure un financement exceptionnel d’une durée de cinq ans et un montant de 1.5 millions d’Euros pour ce projet qui prévoit entre autres la participation de 5 doctorants et jeunes chercheurs, le financement des coûts technologiques et des actions de diffusion scientifique.

L’IEMN impliqué dans le projet Graphène, lauréat du programme européen « FET Flagship »

Retenu par la Commission Européenne comme un des projets phare, d’une ampleur sans précédent, sur les technologies du futur et émergentes, le projet Graphène, financé à hauteur de 1 milliard d’euros sur 10 ans, mobilise 15 laboratoires Français, parmi lesquels l’IEMN.

Le projet Graphène vise à développer les applications d’un matériau constitué d’une feuille de carbone dont l’épaisseur est réduite à une seule couche d’atomes : ses propriétés mécaniques et électriques exceptionnelles lui ouvrent des applications dans tous les domaines, de la microélectronique aux pièces aéronautiques. Il rassemble 126 équipes de recherche de 17 pays.

Lire le communiqué de presse


Contact : Professeur Henri HAPPY
Tel: +33 (0)3 20 19 78 41 Fax: +33 (0)3 20 19 78 92
Courriel: henri.happy@iemn.univ-lille1.fr

L’IEMN recrute

Un Responsable des moyens « back-end » des plateformes de l’institut.

Le responsable aura la charge de l’intégration des composants dans des systèmes et de mise en boîtiers de la découpe, amincissement de wafers.

 Contexte :
L’IEMN est un laboratoire de recherche de 500 personnes qui joue un rôle majeur au niveau international dans le domaine de la recherche en microélectronique et nanotechnologie. Pour cela, les différentes équipes de recherche de l’institut s’appuient sur quatre plateformes technologiques de haut niveau dont la centrale de micro et nano technologies (1 600 m²).
Le poste est un support technique participant au développement et à la réalisation de systèmes électroniques qui se développe au sein des plateformes techniques et plus particulièrement dans le cadre des projets Equipex « Excelsior » et « Leaf ».

En savoir plus

L’IEMN recrute

Un Enseignant/Chercheur – CEM et télécommunications et un Enseignant/Chercheur – Electronique performante à partir de matériaux 2D

Un PostDoc Technology Process, MEMS/NEMS, EM and Mechanical simulations (COMSOL) et un PostDoc Hight frequency flexible electronics

-> Consultez les profils 

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