Etudes des procédés d'encapsulation hermétique au niveau du substrat par la technologie de transfert de films

Les micro-dispositifs comportant des structures libérées et mobiles sont d une part très sensibles aux variations de leur environnement de travail, et d autre part très fragiles mécaniquement. L étape de découpe du substrat en plusieurs puces est extrêmement agressive et peut entrainer la destruction totale des micro-dispositifs. L encapsulation avant la découpe va alors prémunir les micro-composants lors de cette étape critique et continuer à garantir leur bon fonctionnement tout au long de leur utilisation en conservant la stabilité et la fiabilité de leur performance. Le conditionnement doit en outre interfacer les micro-dispositifs encapsulés avec le monde macroscopique en vue de leur utilisation. De nombreux procédés de fabrication ont déjà été développés pour l élaboration d un conditionnement. C est le cas de l encapsulation puce par puce, substrat - substrat, par couche sacrificielle par exemple. Ils sont toutefois très contraignants (encombrement, compatibilité, coût, ). Nous avons étudié, au cours de cette thèse, un procédé innovant de conditionnement hermétique par transfert de film utilisant une couche à adhésion contrôlée. Cette technologie consiste à élaborer des capots protecteurs sur le substrat moule puis à les reporter collectivement pour encapsuler les micro-dispositifs. Ce procédé est totalement compatible avec un interfaçage électrique de composant qui traverse les cordons de scellement ou le capot. Ce procédé nécessite la maîtrise de la croissance de divers films (C, CxFy, Ni, AlN, parylène, BCB, Au-In) et permet d obtenir des boitiers étanches, hermétiques et robustes qui devraient très rapidement pouvoir être utilisés pour le conditionnement de MEMS.Micro-devices which are composed of free standing or mobile structures are very sensitive to the working condition and mechanically very fragile. The saw dicing steps is very aggressive and it can destroy the micro-devices. Packaging will prevent the micro devices from any damage during this critical step and also take care of it all along its life by controlling its performance stability and reliability. Moreover, the suited devices use needs a connection to the macroscopic word through the packaging. Many packaging process flow has already developed such as pick and place, wafer to wafer, thin film packaging with a sacrificial layer. Nevertheless, they have got many drawbacks (footprint, process compatibility, cost ). We have developed an attractive wafer level hermetic packaging process by film transfer technology during this these. It relies on a transferred molded film cap from a carrier wafer to the donor wafer. Electrical path can be done through the cap or the bonding ring. Cap manufacturing need a high layer growth skill for example in C, CxFy, Ni, AlN, parylène, BCB, Au-In films to make robust, hermetic encapsulation which should be soon used for MEMS packaging.PARIS11-SCD-Bib. électronique (914719901) / SudocSudocFranceF

Etude du procédé de réalisation de micro-antennes souples implantables pour l'Imagerie médicale par Résonance Magnétique

L' Imagerie médicale par Résonance Magnétique (IRM) constitue un outil puissant pour le diagnostic et le suivi de pathologies dans le cadre des modèles développés sur petit animal en neurosciences. Cette application requiert une haute résolution spatiale et un Rapport Signal à Bruit(RSB) élevé, rendus possibles par l utilisation d un haut champ magnétique (7 T) et d une antenne miniature à forte sensibilité, implantée à proximité de la zone d intérêt. Le design monolithique de l antenne, appelé Résonateur Multi-tours à Lignes de Transmission (RMLT), permet la miniaturisation en dessous du centimètre et sa réalisation par les technologies de microfabrication en salle blanche.Afin de réduire l aspect invasif de l implantation, l antenne a été réalisée sur support souple :FEP Téflon® ou PDMS. Pour résoudre les problèmes d adhérence liés à ces matériaux polymères, des traitements plasmas spécifiques ont été mis en œuvre pour le FEP Téflon® tandis qu un procédé de transfert de motifs dédié au PDMS a été élaboré. Outre la fiabilité mécanique, l épaisseur du revêtement PDMS assurant la bio compatibilité de l antenne a été optimisée pour limiter le couplage diélectrique avec les tissus et ainsi conserver des caractéristiques électromagnétiques appropriées à l IRM à 7 T lorsque l antenne est implantée. L ensemble de ces travaux a permis la réalisation des premières images du cerveau du rat acquises in vivo avec une micro-antenne souple implantée. Ces images ont démontré un RSB amélioré d un facteur 5, comparées à celles acquises avec une antenne commerciale quadrature. D autres applications et perspectives dans le domaine biomédical sont ouvertes par ces travaux comme des capteurs pour la détermination des propriétés diélectriques des tissus, et des microbobines et des capteurs de pression intégrés dans les canaux microfluidiques.Magnetic Resonance Imaging (MRI) is a powerful tool for the diagnosis and the monitoring of diseases in the frame of research models developed on small animal in neurosciences. This application requires a high spatial resolution and a high Signal to Noise Ratio (SNR) using a high magnetic field (7 T) and a highly sensitive miniaturized coil, implanted near the interest area. The coilmonolithic design, called Multi-turn Transmission Lines Resonator (MTLR), allows theminiaturization below the centimeter scale and the clean-room technology. To reduce the invasive aspect of implantation, the coil was fabricated on a flexible substrate: FEP Teflon® or PDMS. To overcome adhesion issues related to these polymers, specific plasma treatments were applied to FEPTeflon® while a transfer process dedicated to PDMS was developed. Besides mechanical reliability, the thickness of the PDMS coating ensuring the coil biocompatibility, was optimized to limit the dielectric coupling with tissues and thus to keep suitable electromagnetic characteristics for 7 T MRI when the coil is implanted. This work allowed the achievement of the first images of the rat brain acquired in vivo using an implanted soft coil. These images have shown a 5-fold enhanced SNRcompared with the ones acquired using a commercial quadrature coil. Other applications in the biomedical field are open by this work: sensors for the dielectric characterization of tissues, integrated microcoils and pressure sensors in microfluidic channels.PARIS11-SCD-Bib. électronique (914719901) / SudocSudocFranceF

Interaction champ électrique cellule (conception de puces microfluidiques pour l'appariement cellulaire et la fusion par champ électrique pulsé)

La fusion cellulaire est une méthode de génération de cellules hybrides combinant les propriétés spécifiques des cellules mères. Initialement développée pour la production d anticorps, elle est maintenant aussi investiguée pour l immunothérapie du cancer. L électrofusion consiste à produire ces hybrides en utilisant un champ électrique pulsé. Cette technique présente de meilleurs rendements que les fusions chimiques ou virales, sans introduire de contaminant. L électrofusion est actuellement investiguée en cuve d électroporation où le champ électrique n est pas contrôlable avec précision et le placement cellulaire impossible, produisant de faibles rendements binucléaires. Afin d augmenter le rendement et la qualité de fusion, la capture et l appariement des cellules s avèrent alors nécessaires.Notre objectif a été de développer et de réaliser des biopuces intégrant des microélectrodes et des canaux microfluidiques afin de positionner et d apparier les cellules avant leur électrofusion. Une première structure de piégeage se basant sur des plots isolants et l utilisation de la diélectrophorèse a été réalisée. Afin d effectuer des expérimentations sous flux, une méthode de scellement des canaux, biocompatible et étanche a été développée. Puis, le milieu d expérimentation a été adapté pour l électrofusion. En confrontant les résultats des expériences biologiques aux simulations numériques, nous avons pu démontrer que l application d impulsions électriques induisait la diminution de la conductivité cytoplasmique. Nous avons ensuite validé la structure par l électrofusion de cellules. Un rendement de 55% avec une durée de fusion membranaire de 6 s a été obtenu. Dans un second temps, nous avons proposé deux microstructures de piégeage pour l électrofusion haute densité. La première se base sur un piégeage fluidique, alors que la seconde, utilise ladiélectrophorèse sans adressage électrique à l aide de plots conducteurs. Jusqu à 75% des cellules fusionnent dans cette dernière structure. Plus de 97% des hybridomes produits sont binucléaires. Le piégeage étant réversible, les hybridomes peuvent ensuite être collectés pour des études ultérieures.Cell fusion is a method to generate a hybrid cell combing the specific properties of its progenitor cells. Initially developed for antibody production, it is now also investigated for cancer immunotherapy. Electrofusion consists on the production of hybridoma using electric pulses. Compared to viral or chemical methods, electrofusion shows higher yields and this system is contaminant free. Actually, electrofusion is investigated in electroporation cuvettes, where the electric field is not precisely controllable and cell placement impossible, resulting in low binuclear hibridoma yields. To improve the fusion quality and yield, cell capture and pairing are necessary.Our objective was the development and realization of biochips involving microelectrodes and microfluidic channels to place and pair cells prior to electrofusion. A first trapping structure based on insulators and the use of dielectrophoresis has been achieved. In order to perform fluidic experiments, a biocompatible irreversible packaging was developed. Then, the experimental medium was optimized for electrofusion. Confronting the biological experiments and the numerical simulations, we showed that the application of electric pulses leads to a decrease of the cytoplasmic conductivity. The microstructure was validated by cell electrofusion. A yield of 55%, with a membrane fusion duration of 6 s has been achieved. Secondly, we proposed two trapping microstructures for high density electrofusions. The first one is based on a fluidic trapping while the second one uses dielectrophoresis, free of electric wiring, thanks to conductive pads. Up to 75% of paired cells were successfully electrofused with the conductive pads. More than 97% of the hybridoma were binuclear. The trapping being reversible, the hybridoma can be collected for further analysis.PARIS11-SCD-Bib. électronique (914719901) / SudocSudocFranceF

Delta-dopage de couches de silicium elaborees par epitaxie par jet moleculaire avec implantation d'ions Sb de faible energie. Application a la realisation de transistor a effet de champ a grille tungstene

SIGLEAvailable from INIST (FR), Document Supply Service, under shelf-number : T 84696 / INIST-CNRS - Institut de l'Information Scientifique et TechniqueFRFranc

Etude du procédé d'élaboration et caractérisation de microdispositifs en silicium poreux pour la mesure du taux d'humidité

Les performances des microsystèmes sont extrêmement liés à l environnement et doivent généralement dépendre le moins possible des perturbations extérieures, comme l humidité de l air. C est pourquoi ces microdispositifs sont généralement encapsulés dans un boitier hermétique qui permet à la fois de les connecter à une électronique, mais également de les protéger des variations du milieu extérieur. Mais ce type de boitiers qui représente plus de 80 % du coût du global d un composant, est aussi à l origine de près de 80 % des défaillances. Ainsi, il s avère intéressant de placer directement sur le capot de silicium de l encapsulation des capteurs environnementaux (pression, température, gaz) pour pouvoir caractériser in situ l atmosphère interne du boitier durant la phase d assemblage, mais également durant la phase d utilisation. Dans ce travail, nous avons choisi d utiliser du silicium poreux comme matériau sensible à l humidité, qui de par sa surface spécifique élevée, permet d augmenter la capacité d absorption de l humidité par rapport à un matériau massif et donc de réaliser des capteurs les plus sensibles possible, tout en restant compatible avec les spécificités induites par la technologie silicium. Pour cela, après avoir mis au point le procédé de fabrication des couches de silicium poreux par anodisation électrochimique et d avoir caractérisé leur morphologie (porosité, surface spécifique), nous avons développé deux types de micro capteurs d humidités susceptibles d être intégrés à une encapsulation sur tranche constituant le boitier : des dispositifs statiques (capteurs impédimétriques) et des structures mobiles résonnantes.The performance of Micro (Opto) Electromechanical systems are highly related to the environment and have to be less dependent on external contaminants, such as humidity. There fore, these microdevises are usually encapsulated in a sealed packaging that allows to connect to electronics, but also to protect them from changes in external environment. But this type of packaging, which represents over 80 % of the overall cost of a component, is also source of nearly 80 % of failures. Thus, it is interesting to integrate environmental sensors (pressures, temperature, gas) on the silicon cap in order to characterize in situ the internal atmosphere of M(O)EMS packaging from fabrication process to the lifetime of the components. In this work, we chose to use porous silicon as humidity sensitive material, which by its high specific surface increases the absorption capacity of moisture from a solid material, therefore the sensor is highly sensitive, while remaining compatible with the specificity induced by the silicon technology. For this after the development of manufacturing process of porous silicon layers by electrochemical anodization and the characterization of their morphology (porosity, specific surface), we have developed two types of micro humidity sensors, which may be incorporated into a wafer-level (WLP) : motionless devices (impedimetric sensors) and resonant structures.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF

Etude du procédé de transfert de films

ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF

Etude du procédé de fabrication et de fonctionnalisation en vue de la réalisation d'un microdispositif vibrant pour de la détection spécifique en biologie

L étude proposée est une étude préliminaire en vue d utiliser des microrésonateurs en silicium fonctionnalisé en vue de la détection électromécanique d espèces biologiques présentes à l état de trace. Deux aspects ont été principalement étudiés : la capture ultra-sensible mais aussi la capture ultra-spécifique d espèces biologiques comme des marqueurs pour la maladie d Alzheimer. Elle a été effectuée dans le cadre d une collaboration entre le département MINASYS (Micro et Nano-Système) de l Institut d Electronique Fondamental (IEF) et le Laboratoire Protéines et Nanotechnologies en Sciences Séparatives de la Faculté de Pharmacie de Châtenay-Malabry.Il s est ainsi s agit de développer un micro-résonateur en silicium intégrant des canaux enterrés permettant la circulation d un fluide biologique à l intérieur de la poutre et non à l extérieur comme ils le sont plus couramment, et ce, dans le but de limiter au maximum l amortissement du résonateur. En ce qui concerne les aspects en biologie, nous nous sommes plus particulièrement interessé à la détection d un bio-marqueur de la maladie d Alzheimer, le peptide amyloïde Ab1-42. Jusqu à présent, le dépistage de la maladie nécessite une concentration suffisamment importante de bio-marqueurs et le recours à une ponction du liquide céphalorachidien après l apparition des symptômes de la maladie est donc nécessaire. Le microsystème présenté ici permettra de nous approcher d un système capable de détecter des traces de biomarqueurs présentes dans le sang ou l urine par exemple. Ainsi, dans un premier temps, nous avons mis au point un mode de détection précoce du peptide Ab1-42 couplant un canal micro-fluidique et la microscopie à fluorescence. La surface des canaux en silicium doit être fonctionnalisée afin de permettre le greffage spécifique des antigènes. Pour cela, nous avons mis au point une technique s appuyant sur la reconnaissance spécifique anticorps-antigène, celle-ci nécessitant une étape préalable de fonctionnalisation chimique de surface.Le manuscrit présenté ici s articule en quatre parties principales. Dans un premier temps, une étude bibliographique permet de faire l état de l art sur le principe de fonctionnement de différents types bio-capteurs couramment utilisés et leurs performances. Une seconde partie décrit la fonctionnalisation de surface du silicium et plus spécifiquement de la réaction de silanisation en phase liquide réalisée sur des surfaces planes et dans des canaux fluidique. Nous abordons ensuite le domaine de la reconnaissance spécifique d entités biologiques et détaillons les étapes de greffage des protéines réalisées sur les surfaces ainsi que la conception d immuno-sandwich entreprise dans des canaux fluidiques. Enfin la dernière partie du manuscrit rassemble des différents résultats préliminaires obtenus en vue de l élaboration du micro-capteur de type poutre résonante à canaux enterrés.This study is a preliminary study to use a fonctionnalized microsensor based on electromechanical detection of biological species present at trace levels. Two aspects were involved in this work: capture high-sensitivity but also the capture of ultra-specific biological species as markers for Alzheimer's disease. It was conducted as part of collaboration between the department MINASYS (Micro and Nanobio and Microsystems) of the Institute of Fundamental Electronics (IEF) and the Laboratory Proteins and Nanotechnologies in Separative Sciences, at the Faculty of Pharmacy of Chatenay-Malabry.The sensor includes a micro-resonator, placed in vaccum, incorporating silicon buried channels for the circulation of a biological fluid and not outside as they are more commonly, and in order to minimize the damping of the resonator. As regards the biological aspects, we primily focus on the detection of a biomarker of Alzheimer's disease, amyloidal peptide Ab1-42. Until now, screening requires the use of a puncture and cerebrospinal fluid after onset of symptoms, therefore a sufficiently high concentration of biomarkers is required. Initially, we developed a method of early detection of Ab1-42 peptide coupling a microfluidic system and fluorescence microscopy. Therefore, the micro-resonator that are present here allow to detect these biomarkers that are present at very low concentrations in other biological fluids in the first stage of the disease, for example, in the blood or urine. Thus, in a first step, we have developed a method of early detection of Ab1-42 peptide coupling channel microfluidic and fluorescence microscopy. The surface of the channels in silicon must be functionalized to allow the grafting of specific antigens. For this, we developed a technique based on the specific antibody-antigen recognition, the latter requires a preliminary step of chemical functionalization of surfaces.This manuscript consists of four main parts. Initially, we present a literature review of the state of the art on the principle of operation of various types commonly used bio-sensors and the performance obtained. A second chapter describes the functionalization of silicon area and more specifically of the silanization reaction in liquid phase performed on flat surfaces and in fluidic channels. In the following chapter, we discuss the field of specific recognition of biological entities and detail the steps of grafting performed on protein surfaces and design immunoassay sandwich in fluidic channels. The last chapter of the manuscript brings together various preliminary results for the development of micro-sensor type resonant beam.PARIS11-SCD-Bib. électronique (914719901) / SudocSudocFranceF

How does Université Paris-Saclay support pedagogical transformation and innovation to prepare for the future of education?

International audienceThe Université Paris-Saclay integrates in its strategic plan the importance of supportingpedagogical transformation and innovations aimed at the continuous improvement ofeducation and training, student success and actors in professional development.Its Education Department is committed to a proactive policy of providing incentives through arange of complementary actions. For several years now, it has encouraged a collectivedynamic in order, on the one hand, to offer times for inter-institutional sharing of theseteaching experiences, and, on the other hand, to provide financial support for numeroustransformative initiatives. It is also very dedicated to the dissemination and promotion ofindividual and collective successes related to pedagogy.Several structuring actions are carried out to support pedagogical transformation: setting upa working group, creating a specific mission, allocating a budget, organising an annualpedagogical day and thematic workshops, supporting innovative projects, training for newteachers as soon as they are recruited, accompanying the deployment of the competencybasedapproach, creating a chair of action-research in pedagogy, communicating andpublishing.This paper (adapted from the original poster) focuses on the support of innovative projects

Influence on moisture sensor performances, and characterization of different specific area porous silicon layers

This paper presents results obtained for characterization of porous silicon (PS) layers having different nanostructures, and the influence of this parameter on moisture sensor performances. Two PS layers have been studied, both present the same porosity of 45% and differ in their specific area: 330 m²/g for PS1 and 223 m²/g for PS2. Sorption isotherms were measured; the results justify the use of adsorption theories used to characterize mesoporous materials. Average values of pore diameter computed from adsorption theories and images processing show that PS1 presents smaller pores than PS2. Pore size distributions have been estimated, showing the wider distribution of PS2 compared with PS1. We measured resistivity of PS layers as a function of relative humidity (RH). We found that PS1 presents higher resistivity and higher relative variation of resistivity. Exposed to moisture step, PS1 sensor presents faster response time, showing a second advantage among performances criteria

How medium osmolarity influences dielectrophoretically assisted on-chip electrofusion

International audienc