Top-down silicon nanowire transistors for biological detection - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2010

Top-down silicon nanowire transistors for biological detection

Transistors à nanofils de silicium top-down. Application à la détection biologique.

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1
Gaëlle Lehoucq
  • Function : Author
  • PersonId : 871675

Abstract

This work focuses on biological sensors based on an array of silicon nanowires operating as a field-effect transistor with a "biological gate". This new kind of biosensors is devoted to be integrated into ultrasensitive and compact detection systems for medical and security applications. We propose to fabricate silicon nanowire transistors in a "top-down" approach. This method, which consists in etching nanowires in a thin film, allows to precisely control nanowire position, contrary to the bottom-up approach, which uses CVD-grown nanowires. This enhances the reproducibility of the electrical characteristics of the transistors and eases their integration into a fluidic environment. The first part of our work focuses on the design and fabrication of top-down silicon nanowire transistors. These technological efforts lead us to characterize fabricated transistors in ambient air before integrating them into a liquid environment. The second part presents the results of real-time electrical measurements performed in solution. We demonstrate that our transistor can work as a sensor by monitoring pH variations. Then our study highlights the parameters affecting the sensor sensitivity (gate voltage value, ionic strength, microfluidics, ...), considering that the understanding of these factors is essential to perform reliable monitoring of biological interactions.
Ce travail de thèse a porté sur la réalisation d'un capteur d'espèces biologiques en solution à partir de réseaux organisés de nanofils de silicium opérant sur le mode d'un transistor à effet de champ à "grille biologique". Cette nouvelle génération de biocapteurs vise à être intégrée dans des systèmes de détection ultrasensibles et compacts destinés à des applications médicales et militaires. Nous proposons la réalisation des transistors à nanofils de silicium suivant une approche dite "top-down". Cette méthode, qui consiste à graver les nanofils dans une couche mince de silicium, permet un contrôle précis de leur positionnement, contrairement à l'approche "bottom-up", qui utilise des nanofils obtenus par croissance CVD. Ceci permet l'obtention de transistors aux caractéristiques électriques reproductibles et facilite leur intégration. La première partie de nos travaux a ainsi concerné le design et la fabrication de transistors à nanofils de silicium suivant une approche top-down. Ce travail de développement technologique a permis la réalisation de composants que nous avons caractérisés à sec puis adaptés à un fonctionnement en milieu liquide. La seconde partie de nos travaux a porté sur la réalisation de mesures en solution. La validation du fonctionnement de notre transistor en mode capteur a été démontrée par le suivi de variations de pH. Notre étude a ensuite eu pour objet la mise en valeur de l'ensemble des paramètres influençant les performances du capteur (choix de la tension de grille, de la force ionique, influence de la microfluidique, ...), la compréhension de ces facteurs étant indispensable à la réalisation de mesures biologiques fiables.
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Dates and versions

tel-00488323 , version 1 (01-06-2010)

Identifiers

  • HAL Id : tel-00488323 , version 1

Cite

Gaëlle Lehoucq. Transistors à nanofils de silicium top-down. Application à la détection biologique.. Physique [physics]. Ecole Polytechnique X, 2010. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00488323⟩

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