Mardi 8 Octobre 2019 à 10h : soutenance de thèse
Octavio GRANIEL TAMAYO
a soutenu sa thèse
« Atomic layer deposition for biosensing applications »
Devant le jury composé de :
– David MUÑOZ-ROJAS, Chargé de Recherche CNRS, Université Grenoble Alpes – Rapporteur
– Grégory BARBILLON, Professeur, École d’ingénieur-e-s (EPF) – Rapporteur
– Frédéric FAVIER, Directeur de Recherche, Université de Montpellier – Examinateur
– Mathilde LEPOITEVIN, Maître de Conférences, École Normale Supérieure – Examinatrice
– Philippe MIELE, Professeur, ENCSM et Institut Universitaire de France – Directeur de thèse
– Sébastien BALME, Maître de Conférences, Université de Montpellier – Codirecteur de thèse
– Mikhael BECHELANY, Chargé de Recherche CNRS, Université de Montpellier – Invité
Résumé :
RésuméLe dépôt de couche atomique (ALD) est devenu une technique essentielle de dépôten phase vapeur de couches minces pour de nombreuses applications. La demandecroissante de composants électroniques et de matériaux nanostructurés a fait deALDl’un des processus de fabrication clés du marché des nanotechnologies.Dans ce travail, nous présentons de nouveaux matériaux nanostructuréspouvant être utilisés comme transducteurs dans des dispositifs à biocapteurs.Ces matériaux ont été préparés en combinantALDavec des techniques « top-down » et « bottom-up » telles que la lithographie par nanosphère (NSL), le dépôtphysique en phase vapeur (PVD), la gravure chimie assistée par des métaux(MACE) et électrodéposition.En tant que premier candidat prometteur, des nanofils de silicium (SiNWs)recouverts de ZnO parALDont été fabriqués. Ces structures 3D sont trèsattractives pour les applications de biocapteurs optiques en raison de leur activitéintense de photoluminescence (PL) à température ambiante. Dans une premièreapproche, ces nanostructures cœur/coquille ont été entièrement caractérisées ettestées en tant que capteurs possibles pour la détection du peroxyde d’hydrogène,qui est un produit de réaction courant de plusieurs oxydoréductases.De plus, des nanostructures creuses en ZnO semblables à des oursins recou-vertes de Au ont été préparées avec une taille contrôlée en combinant NSL,ALD,électrodéposition et évaporation par faisceau d’électrons (E-beam). L’influencede l’épaisseur du film Au sur les capacités de diffusion Raman (SERS) amélioréesen surface des substrats a été étudiée. Les structures optimisées ont été utiliséespour détecter des molécules de thiophénol avec une limite de détection (LOD) de10−8m. De plus, l’adénine peut être détectée avec une concentration aussi basseque10−6m. L’excellente uniformité et la répétabilité lot par lot des substrats enfont d’excellents candidats pour une détection et une biocapture SERS fiables.En outre, un groupe diversifié de nouveaux matériaux présentant des carac-téristiques attrayantes qui peuvent être facilement appliqués à la détection, à lacatalyse et à la plasmonique est présenté. Des nanoparticules bimétalliques dePd/Au supportées surSiNWsavecALDet un remplacement galvanique ont étéfabriquées. De plus, des structures ZnO creuses de type urchin avec ZIF-8 parélectrodéposition ont été fabriquées pour de possibles applications SERS.
Abstract:
Atomic layer deposition (ALD) has emerged as an essential vapor depositiontechnique of thin films for countless applications. The rising demand for electroniccomponents and nanostructured materials has establishedALDas one of thekey fabrication processes in the nanotechnology market.In this work, novel nanostructured materials that can be used as transducersin biosensor devices are presented. These materials have been prepared by acombination ofALDwith top-down and bottom-up techniques such as nanospherelithography (NSL), physical vapor deposition (PVD), metal-assisted chemicaletching (MACE), and electrodeposition.As a first promising candidate, silicon nanowires (SiNWs) covered with ZnObyALDwere fabricated. These 3D structures are quite attractive for opticalbiosensing applications thanks to their intense photoluminescence (PL) activityat room temperature. As a first approach, these core/shell nanostructures werefully characterized and tested as possible sensors for the detection of hydrogenperoxide, which is a common reaction product of several oxidoreductases.In addition, Au-covered hollow urchin-like ZnO nanostructures were preparedwith controlled size by combining NSL,ALD, electrodeposition, and electronbeam (E-beam) evaporation. The influence of the Au film thickness on thesurface-enhanced Raman scattering (SERS) capabilities of the substrates wasinvestigated. The optimized structures were used to detect thiophenol moleculeswith a limit of detection (LOD) of10−8m. Additionally, adenine can be detectedwith a concentration as low as10−6m. The excellent uniformity and batch-to-batch repeatability of the substrates makes them excellent candidates for reliableSERS sensing and biosensing.Moreover, a miscellaneous group of novel materials with enticing featuresthat can be readily applied in sensing, catalysis, and plasmonics is presented.Bimetallic Pd/Au nanoparticles supported onSiNWswithALDand galvanicreplacement were fabricated. Furthermore, hollow urchin-like ZnO structureswith ZIF-8 via electrodeposition were fabricated for possible SERS applications.
