Etude et développement de biocapteurs piézotroniques à base de ZnO

Sujet de thèse :

Etude et développement de biocapteurs piézotroniques à base de ZnO

IMEP-LaHC / MINATEC / Grenoble – France
Date limite pour l’application : 31 Mai 2020

Mots clefs :
Nanotechnologies, Nano fils, Piézoélectricité, Bio capteur, Physique du semi-conducteur et technologie.

Description du projet :
Les nanofils (NF) piézoélectriques semi-conducteurs (GaN et ZnO entre autres) présentent des propriétés piézoélectriques améliorées par rapport aux couches minces et au matériau massif, du fait de leur plus grande flexibilité, de leur sensibilité à des forces plus faibles et, également, à une amélioration intrinsèque des coefficients piézoélectriques qui a été identifiée par de récentes études théoriques et expérimentales [1, 2].
Le couplage de la polarisation piézoélectrique avec les propriétés semi-conductrices dans ces nanostructures, permettent la conception de dispositifs « piézotroniques » avec des nouvelles fonctionnalités et performances améliorés. Ils peuvent être utilisés notamment pour des applications de type capteurs de pression ou de contrainte, des bio capteurs, des photo-détecteurs, entre autres [3, 4, 5].
En France, le laboratoire l’IMEP-LaHC a contribué dans ce domaine, notamment avec l’étude de plusieurs dispositifs piézotroniques à base de NFs uniques [6, 7]. Ces études ont été réalisées en collaboration avec des laboratoires et instituts de recherches locales et internationales. Dans ce domaine, la littérature montre l’étude de divers dispositifs, par contre très peu d’études ont été réalisées sur leur fiabilité et leur durée de vie.

L’objectif de cette thèse sera la conception, l’étude et développement des nouvelles architectures de capteurs biologiques exploitant l’effet piézotronique à partir de NFs. Le but est de développer des biocapteurs à haute sensibilité, fiabilité et durée de vie.

L’étudiant aura à sa disposition tous les moyens expérimentaux du laboratoire, ainsi qu’un accès à la plateforme technologique PTA pour la préparation de structures de test spécifiques (métallisation de contacts, connexions, etc.).
Les NFs seront développés à l’IMEP-LaHC ou seront accessibles via différentes collaborations.
La fonctionnalisation des surfaces et manipulations biologiques seront réalisées également en collaboration avec des laboratoires partenaires (LMGP, INL, Institute Néel, INAC…).

Références :

[1] X. Xu, A. Potié, R. Songmuang, J.W. Lee, T. Baron, B. Salem and L. Montès, Nanotechnology 22 (2011)
[2] H. D. Espinosa, R. A. Bernal, M. Minary‐Jolandan, Adv. Mater. 24 (2012)
[3] Y. Zhang, Y. Liu and Z. L. Wang, Advanced Materials 23 (2011)
[4] X. Wang, Am. Ceram. Soc. Bull, 92 (2013).
[5] K. Jenkins, V. Nguyen, R. Zhu and R. Yang, Sensors 15 (2015)
[6] M. Parmar, E. A. A. L. Perez, G. Ardila, E. Saoutieff, E. Pauliac-Vaujour and M. Mouis, Nano Energy 56 (2019)
[7] Y.S. Zhou, R. Hinchet, Y. Yang, G. Ardila, R. Songmuang, F. Zhang, Y. Zhang, W. Han, K. Pradel, L. Montes, M. Mouis and Z.L. Wang, Adv. Mater. 25 (2013)

Détails :
Compétences requises:
Il est souhaitable que le candidat aie des connaissances dans un ou plusieurs de ces domaines : physique du semi-conducteur, piézoélectricité, techniques de salle blanche et caractérisations associées (SEM, etc.), fonctionnalisation de surfaces, capteurs biologiques.
Les notes et le classement en licence et surtout master sont un critère de sélection très important pour l’école doctorale.

Lieu :
IMEP-LAHC / Minatec / Grenoble

Ecole doctorale :
EEATS (Electronique, Electrotechnique, Automatique, Traitement du Signal), spécialité NENT (Nano Electronique Nano Technologies).

Laboratoire de recherche:
IMEP-LAHC / MINATEC / Grenoble
L’IMEP-LAHC est localisé dans le centre d’innovation de Minatec. Il collabore avec plusieurs grands industriels (ST-Microelectronics, SOITEC, etc.), centres microélectroniques préindustriels (LETI, LITEN, IMEC, Tyndall) et PMEs (CEDRAT, etc.).
Le/La doctorant(te) travaillera au sein du groupe Composant MicroNanoElectronique / Nanostructures & Nanosystèmes Intégrés et aura accès aux plateformes technologiques (salle blanche) et de caractérisation du laboratoire.

Contacts:
Gustavo ARDILA  (ardilarg@minatec.grenoble-inp.fr)

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