Dispositifs nanophotoniques à ondes de surface en silicium poreux : technologie et application à la bio-détection

par Elisa Guillermain

Thèse de doctorat en Matériaux

Sous la direction de Taha Benyattou et de Vladimir S. Lysenko.

Soutenue en 2007

à Villeurbanne, INSA .


  • Résumé

    Ce travail de thèse s'inscrit dans les efforts actuellement réalisés pour améliorer les dispositifs de détection de molécules chimiques et biologiques. Ce type de détection demande de plus en plus de sensibilité et de miniaturisation pour ses applications dans les secteurs de la santé, de l'environnement, de l'agriculture, ou encore de l'agro-alimentaire. Nous présentons une alternative aux bio-capteurs optiques passifs les plus populaires actuellement, les dispositifs à plasmons de surface (ondes évanescentes à la surface d'une fine couche métallique). Le dispositif de détection proposé est un cristal photonique unidimensionnel fabriqué en silicium poreux, qui a la particularité de présenter des modes de surface. Ces modes présentent deux avantages majeurs par rapport aux plasmons de surface, qui conduisent à une sensibilité significativement plus importante: - Ils peuvent fonctionner dans un domaine de longueur d'onde où leurs pertes optiques sont beaucoup plus faibles que celles de leur équivalent métallique. - La surface développée de la structure poreuse est de plusieurs ordres de grandeur plus importante que celle des dispositifs plasmoniques. Le but de cette thèse a été de mettre en œuvre la technologie du silicium poreux pour la réalisation et la démonstration d'un tel dispositif de bio-détection. La sensibilité amplifiée du fait de l'énorme surface développée du silicium poreux provoque une variation d'angle de couplage de 20° pour le dépôt d'une dizaine de nanomètres de bio-molécules. A titre de comparaison, pour un dispositif équivalent non-poreux, un décalage d'angle de couplage de 0,75° serait observé pour un tel greffage.

  • Titre traduit

    Surface waves nanophotonic deviees based on porous silicon : Technology and bio-detection application


  • Résumé

    An important effort is currently made in order to improve the chemical and biological sensing devices. These sensors need more and more sensitivity and miniaturization for being used in the sectors of health, environment, and food-processing. We show an alternative to the most popular passive optical bio-sensors, the surface Plasmon devices (evanescent waves in a thin metallic layer). The detection device proposed is a one-dimensional photonic crystal, made with porous silicon, which have surface states. Those states have two major advantages compared to the plasmonic devices, which leads to a greater sensitivity: - The wide wavelength range allows the use with optical losses really smaller than the metallic ones. - The specific surface of the porous material is several order of magnitude superior than the plasmonic devices one. The aim of this PhD was to develop the porous silicon technology for the realization and the demonstration of a bio-detection device. The sensitivity, amplified thanks to the huge specific surface area of the porous silicon, lead to a coupling angle shift of 20° after a bio-molecule grafting of 10 nm. As a comparison, for an equivalent non-porous device, the coupling angle shift would be of 0,75° for the same grafting.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (IV-142 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 133-142

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(3283)
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.