New concept of mass spectrometer based on arrays of resonating nanostructures
Nouveau concept de spectrométre de masse à base de réseaux de nanostructures résonantes
Résumé
The aim of the project is to bring a proof of concept of a simplified mass spectrometer architecture using an ultra dense network of NEMS in association with elements of CMOS circuit as sensors in order to amplify the signal in situ and adress them individually. Since several years, Roukes' team at Caltech has demonstrated a mass spectrometry with a NEMS. In parallel, the CEA/LETI-MINATEC has developped a fabrication approach called VLSI of NEMS and an electromecanical simulation method of these elements The first objective of this thesis is to study the noise phenomenon currently limiting our mass resolution in order to reach 10 Da instead of current 1000 Da on ranges going from 10 Da to 1MDa. In a second step, the concept of NEMS-based mass spectrometry is validated by comparison a nanometric cluster spectra with those from a conventional time-of-flight mass spectrometer. Then, a frequency addressing technique is applied on an NEMS array to allow for quasi simultaneous tracking of 20 different resonators. Finally, the NEMS array is inserted in the nanocluster bench to measure 20 spectra in parallel and validate a first proof of concept.
L'enjeu du travail est d'apporter une preuve de concept d'une architecture simplifiée de spectromètre en utilisant comme détecteur un réseau ultra-dense de NEMS associés à des éléments de circuit CMOS afin d'amplifier le signal in situ et de les adresser individuellement. Depuis plusieurs années, l'équipe du professeur Roukes à CALTECH a présenté une démonstration de spectrométrie de masse avec un NEMS. En parallèle, le CEA/LETI-MINATEC a développé une approche de fabrication dite VLSI de NEMS et de simulation électromécanique de ces éléments. Le premier but de la thèse est l'étude des phénomènes de bruit limitant la résolution en masse afin d'atteindre 10 Da au lieu des 1000 Da actuels sur des rangs de masses large allant de 10Da à 1MDa. Dans un second temps, La concept de spectrométrie de masse à base de NEMS est validé en comparant des spectres obtenus sur des nano-agrégats de quelques nanomètres de diamètres avec ceux fournis par un spectromètre de masse temps-de-vol conventionnel. Puis, un système d'adressage fréquentiel de réseau de NEMS est mis en place pour permettre la mesure quasi simultanée de 20 résonateurs. Enfin, le réseau de NEMS est inséré dans le banc de nano-aggrégats pour mesurer 20 spectres de masses en parallèle et valider une première preuve de concept.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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