Etude expérimentale et modélisation de capteurs biologiques à nanonets

par Thibauld Cazimajou

Projet de thèse en Nano electronique et nano technologies

Sous la direction de Mireille Mouis et de Gérard Ghibaudo.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de Electronique, Electrotechnique, Automatique, Traitement du Signal (EEATS) , en partenariat avec Institut de Microélectronique, Electromagnétisme et Photonique - Laboratoire d'hyperfréquences et de caractérisation (laboratoire) et de COMPOSANTS CMOS AVANCES SILICIUM ET SOI (equipe de recherche) depuis le 01-09-2016 .


  • Résumé

    Dans le cadre d'un projet européen (projet H2020 Nanonets2Sense), le laboratoire hôte étudie une nouvelle classe de capteurs biologiques basés sur des nanonets de silicium. Le principe de détection s'appuie sur l'effet de champ pour détecter la variation de charge de surface résultant de l'hybridation des brins d'ADN cibles avec des sondes appropriées, préalablement greffées sur le nanonet. Le doctorant sera chargé de la caractérisation de ces capteurs. L'étude consistera en: - déterminer l'influence de la géométrie sur les caractéristiques électriques et les performances des capteurs (sensibilité, limites de détection) et proposer une géométrie optimisée; -analyser l'influence des pièges de surface en terme d'hystérésis ou de niveau de bruit basse fréquence, puis étudier leur dépendance vis à vis des étapes de fabrication et des matériaux utilisés; -analyser l'influence des étapes successives de traitement du capteur, depuis la fonctionnalisation par greffage des molécules ADN sonde (conditionnement du capteur) à l'hybridation des molécules ADN cibles (les événements à détecter). Ces analyses seront utilisées pour optimiser la géométrie du capteur et le procédé de fabrication. Elles permettront aussi de progresser dans la compréhension des mécanismes mis en jeu dans le fonctionnement du capteur et fourniront les bases d'un modèle physique compact du capteur utilisable pour concevoir le circuit de lecture.

  • Titre traduit

    Characterization and modelling of nanonet-based biosensors


  • Résumé

    Within the framework of a European project (H2020 project Nanonets2Sense), the host laboratory is studying a new class of biosensors based on silicon nanonets. A field-effect based detection scheme is being used to detect the change in surface charge resulting from the hybridization of target DNA strands with suitable probes, which have been grafted beforehand on the nanonet. The PhD student will be in charge of the extensive electrical characterization of these sensors. The study will aim at : - determining the influence of geometry on electrical characteristics and sensing performance (sensitivity, limit of detection) and proposing an optimized geometry, - analysing the influence of surface traps in terms of hysteresis or low frequency noise level, studying their dependence to fabrication steps and materials used, - analysing the influence of the successive functionalization steps from the grafting of probe molecules (sensor conditioning) to target hybridization (the events to be detected) on static characteristics, small signal response and low-frequency noise. These analyses will be used on one hand to optimize sensor geometry and processing, and on the other hand to provide a reliable understanding of device operation and to build the bases of a physically grounded compact model of the sensor that can be used, especially by project partners, for the detection circuit design and simulation.