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1. High Rectification Ratio in Polymer Diode Rectifier through Interface Engineering with Self-Assembled Monolayer

Author: Sébastien Pecqueur, Ramzi Bourguiga, David Guerin, Kamal Lmimouni, Khaoula Ferchichi, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA), Université catholique de Lille (UCL)-Université catholique de Lille (UCL), Nanostructures, nanoComponents & Molecules - IEMN (NCM - IEMN), Université catholique de Lille (UCL)-Université catholique de Lille (UCL)-Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA), Faculté des Sciences de Bizerte [Université de Carthage], Université de Carthage - University of Carthage, Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - IEMN), This research work has been partially undertaken with the support of IEMN fabrication (CMNF) and characterization (PCMP) facilities. We thank the French National Nanofabrication Network RENATECH, and the IEMN cleanroom staff for their support. We also thank CENTEXBEL for the release paper supply., PCMP PCP, Renatech Network, CMNF, and ANR-17-CE24-0013,CONTEXT,Textiles connectés pour les communications autour du corps humain(2017)
Subjects: energy harvesting, Frequency response, Materials science, QA71-90, Equivalent series resistance, business.industry, rectenna, Capacitance, Instruments and machines, P3HT, Rectenna, [SPI]Engineering Sciences [physics], Rectification, organic diode rectifier, self-assembled monolayer, Monolayer, Optoelectronics, flexible, business, Diode, Voltage
Abstract: International audience; In this work, we demonstrate P3HT (poly 3-hexylthiophene) organic rectifier diode both in rigid and flexible substrate with a rectification ratio up to 106. This performance has been achieved through tuning the work function of gold with a self-assembled monolayer of 2,3,4,5,6-pentafluorobenzenethiol (PFBT). The diode fabricated on flexible paper substrate shows a very good electrical stability under bending tests and the frequency response is estimated at more than 20 MHz which is sufficient for radio frequency identification (RFID) applications. It is also shown that the low operating voltage of this diode can be a real advantage for use in a rectenna for energy harvesting systems. Simulations of the diode structure show that it can be used at GSM and Wi-Fi frequencies if the diode capacitance is reduced to a few pF and its series resistance to a few hundred ohms. Under these conditions, the DC voltages generated by the rectenna can reach a value up to 1 V.
Published: 2021
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2. Engineering a Robust Flat Band in III–V Semiconductor Heterostructures

Author: Xavier Wallart, Daniel Vanmaekelbergh, Gilles Patriarche, David Troadec, Guillaume Fleury, Bruno Grandidier, Christophe Delerue, Nathali Alexandra Franchina Vergel, Maxime Berthe, Ludovic Desplanque, C. Coinon, Yannick Lambert, Tao Xu, François Vaurette, Davide Sciacca, Dmitri A. Yarekha, L. Christiaan Post, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Debye Institute for Nanomaterials Science, Utrecht University [Utrecht], Laboratoire de Chimie des Polymères Organiques (LCPO), Université de Bordeaux (UB)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie, de Biologie et de Physique (ENSCBP)-Institut Polytechnique de Bordeaux-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Team 4 LCPO : Polymer Materials for Electronic, Energy, Information and Communication Technologies, Université de Bordeaux (UB)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie, de Biologie et de Physique (ENSCBP)-Institut Polytechnique de Bordeaux-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Bordeaux (UB)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie, de Biologie et de Physique (ENSCBP)-Institut Polytechnique de Bordeaux-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (C2N), Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Sino-European School of Technology, University of Shanghai [Shanghai], Physique - IEMN (PHYSIQUE - IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - IEMN), EPItaxie et PHYsique des hétérostructures - IEMN (EPIPHY - IEMN), Dutch Research Council (NWO Chemistry - Toppunt 'Superficial superstructures'), Natural Science Foundation of Shanghai (19ZR1419500), Renatech Network, PCMP PCP, ANR-16-CE24-0007,Dirac-III-V,Super-réseau d'antipoints de Dirac pour les électrons dans les semiconducteurs III-V(2016), ANR-11-EQPX-0015,Excelsior,Centre expérimental pour l'étude des propriétés des nanodispositifs dans un large spectre du DC au moyen Infra-rouge.(2011), ANR-17-CE09-0021,GERMANENE,Croissance de germanene sur substrats à bande interdite(2017), European Project: FIRST STEP, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Polytechnique de Bordeaux-Ecole Nationale Supérieure de Chimie, de Biologie et de Physique (ENSCBP)-Université de Bordeaux (UB)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Polytechnique de Bordeaux-Ecole Nationale Supérieure de Chimie, de Biologie et de Physique (ENSCBP)-Université de Bordeaux (UB)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Polytechnique de Bordeaux-Ecole Nationale Supérieure de Chimie, de Biologie et de Physique (ENSCBP)-Université de Bordeaux (UB)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Physique-IEMN (PHYSIQUE-IEMN), and Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF-IEMN)
Subjects: Materials science, tight binding calculations, quantum well, flat band, Scanning tunneling spectroscopy, band engineering, Bioengineering, 02 engineering and technology, Electron, Lattice constant, General Materials Science, [PHYS.COND]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat], Electronic band structure, Lithography, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, Quantum well, block copolymer lithography, business.industry, Mechanical Engineering, Heterojunction, disorder, General Chemistry, Condensed Matter::Mesoscopic Systems and Quantum Hall Effect, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, Two-dimensional lattice, Quantum dot, scanning tunneling spectroscopy, Optoelectronics, III−V semiconductor, 0210 nano-technology, business
Abstract: Electron states in semiconductor materials can be modified by quantum confinement. Adding to semiconductor heterostructures the concept of lateral geometry offers the possibility to further tailor the electronic band structure with the creation of unique flat bands. Using block copolymer lithography, we describe the design, fabrication, and characterization of multiorbital bands in a honeycomb In0.53Ga0.47As/InP heterostructure quantum well with a lattice constant of 21 nm. Thanks to an optimized surface quality, scanning tunnelling spectroscopy reveals the existence of a strong resonance localized between the lattice sites, signature of a p-orbital flat band. Together with theoretical computations, the impact of the nanopatterning imperfections on the band structure is examined. We show that the flat band is protected against the lateral and vertical disorder, making this industry-standard system particularly attractive for the study of exotic phases of matter.
Published: 2020
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3. Ultra-high areal capacitance and high rate capability RuO2 thin film electrodes for 3D micro-supercapacitors

Author: Bouchra Asbani, Jeremy Freixas, Pascal Roussel, Christophe Lethien, Thierry Brousse, Marielle Huvé, Gaëtan Buvat, David Troadec, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA), Université catholique de Lille (UCL)-Université catholique de Lille (UCL), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA), Institut des Matériaux Jean Rouxel (IMN), Université de Nantes - UFR des Sciences et des Techniques (UN UFR ST), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Ecole Polytechnique de l'Université de Nantes (EPUN), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Unité de Catalyse et Chimie du Solide - UMR 8181 (UCCS), Université d'Artois (UA)-Centrale Lille-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - IEMN), Université catholique de Lille (UCL)-Université catholique de Lille (UCL)-Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA), Institut Universitaire de France (IUF), Ministère de l'Education nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche (M.E.N.E.S.R.), Circuits Systèmes Applications des Micro-ondes - IEMN (CSAM - IEMN ), This research is financially supported by the ANR within the DENSS-CAPIO project (ANR-17-CE05-0015-02) . The authors also want to thank the ANR STORE-EX and the French network on electrochemical energy storage (RS2E) for the financial support. The French RENATECH network is greatly acknowledged for the use of microfabrication facilities. Chevreul Institute (FR 2638) is also acknowledged for the access to advanced characterization facilities. The TEM facility in Lille (France) is supported by the 'Conseil Regional des Hauts-de-France' and the 'European Regional Development Fund (ERDF) '., Renatech Network, RS2E, CMNF, ANR-17-CE05-0015,DENSSCAPIO,Supercondensateurs nanostructurés tout-solides pour stockage d'énergie plus dense et plus sûr(2017), ANR-10-LABX-0076,STORE-EX,Laboratory of excellency for electrochemical energy storage(2010), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Ecole Polytechnique de l'Université de Nantes (EPUN), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN), Centrale Lille Institut (CLIL)-Université d'Artois (UA)-Centrale Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lille, and Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA)-Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA)
Subjects: Materials science, Thin films, Energy Engineering and Power Technology, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, Electrochemistry, 01 natural sciences, 7. Clean energy, Capacitance, Ruthenium oxide, law.invention, Planar, law, RuO2, Rate capability, General Materials Science, Electronics, Pseudocapacitance, 3D micro-supercapacitor, Supercapacitor, Renewable Energy, Sustainability and the Environment, business.industry, 021001 nanoscience & nanotechnology, 0104 chemical sciences, Capacitor, Electrode, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Optoelectronics, 0210 nano-technology, business
Abstract: International audience; To power the next generation of miniaturized electronic devices, 3D micro-supercapacitors are a new class of millimeter scale electrochemical capacitors with superior storage performance than their planar counterparts. Nevertheless, it is mandatory to carefully match the dimensions of the 3D scaffold with the thickness of the electrochemically active electrode materials to take benefit from both the high capacitance values and the high rate capability of 3D micro-supercapacitors technology. Here we demonstrate how to design an efficient 3D electrode based on ruthenium oxide pseudocapacitive film (similar to 400 nm-thick) deposited on a robust 3D scaffold. '90% of the initial capacitance value is maintained during 10000 cycles. The proposed 3D RuO2 electrode exhibits remarkable areal capacitance values (similar to 4.5 Fcm(-2)) at 2 mVs(-1), while maintaining more than 2 Fcm(-2) at 100 mVs(-1) (10 s charge / discharge time), thus validating the design of ultra-high capacitance electrode with high rate capability.
Published: 2021
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4. Organic doped diode rectifier based on parylene-electronic beam lithography process for radio frequency applications

Author: Sébastien Pecqueur, Ramzi Bourguiga, Kamal Lmimouni, Khaoula Ferchichi, David Guerin, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA), Nanostructures, nanoComponents & Molecules - IEMN (NCM - IEMN), Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA)-Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - IEMN), Faculté des Sciences de Bizerte [Université de Carthage], Université de Carthage - University of Carthage, Renatech Network, ANR-17-CE24-0013,CONTEXT,Textiles connectés pour les communications autour du corps humain(2017), Université catholique de Lille (UCL)-Université catholique de Lille (UCL), Université catholique de Lille (UCL)-Université catholique de Lille (UCL)-Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA), and CMNF
Subjects: Materials science, coplanar waveguide, dopant, 02 engineering and technology, Hardware_PERFORMANCEANDRELIABILITY, diode rectifier, 01 natural sciences, 7. Clean energy, Biomaterials, chemistry.chemical_compound, [SPI]Engineering Sciences [physics], Parylene, Hardware_GENERAL, 0103 physical sciences, Materials Chemistry, Hardware_INTEGRATEDCIRCUITS, Electrical and Electronic Engineering, Diode, 010302 applied physics, Conductive polymer, [PHYS]Physics [physics], business.industry, Coplanar waveguide, General Chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, Electronic, Optical and Magnetic Materials, Organic semiconductor, chemistry, self-assembled monolayer, Optoelectronics, lithography, Radio frequency, 0210 nano-technology, business, Energy harvesting, Microfabrication
Abstract: International audience; We have adapted a "peel-off" process to structure stacked organic semiconductors (conducting polymers or small molecules) and metal layers for diode microfabrication. The fabricated devices are organic diode rectifier in a coplanar waveguide structure. Unlike conventional lithographic process, this technique does not lead to destroy organic active layers with an input oscillating voltage of 2 V peak-to-peak, promising for RFID device applications or for GSM band energy harvesting in low-cost IoT objects.
Published: 2021
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5. Sputtered tungsten nitride films as pseudocapacitive electrode for on chip micro-supercapacitors

Author: Pascal Roussel, Thierry Brousse, Didier Stiévenard, Saliha Ouendi, Kevin Robert, Christophe Lethien, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Circuits Systèmes Applications des Micro-ondes - IEMN (CSAM - IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Institut TELECOM/TELECOM Lille1, Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT), Physique - IEMN (PHYSIQUE - IEMN), Institut des Matériaux Jean Rouxel (IMN), Université de Nantes - UFR des Sciences et des Techniques (UN UFR ST), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Ecole Polytechnique de l'Université de Nantes (EPUN), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Unité de Catalyse et Chimie du Solide - UMR 8181 (UCCS), Université d'Artois (UA)-Centrale Lille-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA), AcknowledgmentThis research is financially supported by the ANR within theDENSSCAPIO project (ANR-17-CE05-0015-02). The authors also want tothank the French network on electrochemical energy storage (RS2E) forthe financial support. The French RENATECH network is greatlyacknowledged for the use of microfabrication facilities. Associated Professor Dr Christophe Lethien wants to thank Professor Thierry Brousseand the 'Institut des Materiaux de Nantes' for welcoming him as avisiting professor in 2018. Jean Louis Codron and Xavier Wallart aregreatly acknowledged for the XPS measurements., Renatech Network, ANR-17-CE05-0015,DENSSCAPIO,Supercondensateurs nanostructurés tout-solides pour stockage d'énergie plus dense et plus sûr(2017), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF-IEMN), Physique-IEMN (PHYSIQUE-IEMN), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Ecole Polytechnique de l'Université de Nantes (EPUN), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN), and Centrale Lille Institut (CLIL)-Université d'Artois (UA)-Centrale Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lille
Subjects: Materials science, Energy Engineering and Power Technology, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, Capacitance, law.invention, [SPI]Engineering Sciences [physics], chemistry.chemical_compound, law, Microelectronics, General Materials Science, Wafer, Pseudocapacitance, Micro-supercapacitor, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, Supercapacitor, Renewable Energy, Sustainability and the Environment, business.industry, Sputtering, Sputter deposition, 021001 nanoscience & nanotechnology, 0104 chemical sciences, Capacitor, chemistry, Electrode, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Tungsten nitride, Optoelectronics, AFM, 0210 nano-technology, business
Abstract: International audience; AbstractMicro-supercapacitors, a class of miniaturized electrochemical capacitors, are an attractive solution to power smart and connected sensors for Internet of Thing (IoT) applications. Unfortunately, to propose on chip micro-supercapacitors with high technological readiness level, the deposition of electrode materials on large-scale substrate is challenging from microelectronic industry point of view. To fulfill the IoT needs and semiconductor industry requirements, the sputtering deposition of transition metal nitride was investigated in the framework of this paper. Bi-functional tungsten nitride films were sputtered on silicon wafer and were investigated both as a current collector and as an electrode material. Atomic Force Microscopy technique was used to evaluate the specific surface of the sputtered films. 7.9 μm-thick W2N films exhibits a specific surface of 75 cm2 per cm2 footprint area and thus it exhibits capacitance values up to 0.55 F cm−2 and more than 700 F cm−3 in 1 M KOH aqueous electrolyte.
Published: 2019
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6. Thermal Analysis of Ultimately-Thinned-and-Transfer-Bonded CMOS on Mechanically Flexible Foils

Author: Jean-François Robillard, Etienne Okada, Arun Bhaskar, Flavie Braud, Justine Philippe, Emmanuel Dubois, Christine Raynaud, Francois Danneville, Daniel Gloria, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Plateforme de Caractérisation Multi-Physiques - IEMN (PCMP - IEMN), Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA)-Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF-IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Microélectronique Silicium - IEMN (MICROE SI - IEMN), Advanced NanOmeter DEvices - IEMN (ANODE - IEMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives - Laboratoire d'Electronique et de Technologie de l'Information (CEA-LETI), Direction de Recherche Technologique (CEA) (DRT (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), STMicroelectronics, Renatech Network, Laboratoire commun STMicroelectronics-IEMN T4, ANR-11-EQPX-0025,LEAF,Plateforme de traitement laser pour l'électronique flexible multifonctionnelle(2011), Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA), Université catholique de Lille (UCL)-Université catholique de Lille (UCL)-Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA), Université catholique de Lille (UCL)-Université catholique de Lille (UCL), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - IEMN), and Microélectronique Silicium - IEMN (MICROELEC SI - IEMN)
Subjects: Materials science, Silicon, thin film, Silicon on insulator, chemistry.chemical_element, 02 engineering and technology, Substrate (printing), flexible electronics, 01 natural sciences, [SPI]Engineering Sciences [physics], Thermal conductivity, 0103 physical sciences, thermal management, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Electrical and Electronic Engineering, Thin film, Electrical conductor, SOI, 010302 applied physics, business.industry, CMOS, 021001 nanoscience & nanotechnology, Flexible electronics, Electronic, Optical and Magnetic Materials, chemistry, Optoelectronics, lcsh:Electrical engineering. Electronics. Nuclear engineering, 0210 nano-technology, business, lcsh:TK1-9971, Polyimide, Biotechnology
Abstract: International audience; Thinned CMOS chips transfer-bonded onto a compliant host substrate remain to date the technology of choice for applications requiring both mechanical flexibility and high frequency operation. However, the use of poorly thermally conductive host substrates raises the problem of thermal management of flexible electronics, a topic poorly addressed in literature. In this letter, we report the analysis of flexible SOI-CMOS chips ultimately-thinned-and-transfer-bonded (UTTB) onto polyimide and copper substrates. While the temperature remains limited to ∼68 • C on the native silicon substrate or after transfer onto a copper host substrate, infrared thermography reveals temperature peaks of up to 118 • C on polyimide. The impact of self-heating in flexible SOI-CMOS is correlated with electrical performance for the three types of substrates. Beyond the property of mechanical flexibility it provides, a copper substrate is shown to slightly strengthen electrostatic integrity while maintaining a thermal landscape close to that of silicon.
Published: 2019
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7. Low-Temperature-Grown Gallium Arsenide Photoconductors with Photoresponse Reaching 25 mA/W under 1550nm Cw Excitation

Author: C. Tannoury, Emilien Peytavit, C. Coinon, M. Billet, J.-F. Lampin, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Photonique THz - IEMN (PHOTONIQUE THz - IEMN), Renatech Network, Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF-IEMN), and Photonique THz - IEMN (PHOTONIQ THz - IEMN)
Subjects: Materials science, business.industry, Annealing (metallurgy), Terahertz radiation, 02 engineering and technology, Post growth annealing, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, Gallium arsenide, Annealing, chemistry.chemical_compound, [SPI]Engineering Sciences [physics], chemistry, 0103 physical sciences, Optoelectronics, Quantum efficiency, Photoconducting materials, 010306 general physics, 0210 nano-technology, business, Excitation, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, Lighting
Abstract: International audience; We show in this communication that photoconductors based on GaAs grown at low temperature can exhibit photoresponses as high as 25 mA/W under continuous-wave 1550-nm-wavelength illumination. It is achieved by using an optical Fabry-Pérot cavity in order to improve the external quantum efficiency and by decreasing the post growth annealing temperature down-to 450 °C.
Published: 2020
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8. Leak-free integrated microfluidic channel fabrication for surface plasmon resonance applications

Author: J-P Vilcot, D Guérin, M. Bouazaoui, S Ganesan, S. Maricot, D. Hourlier, M-T Bakouche, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Karolinska Institutet [Stockholm], Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), EPItaxie et PHYsique des hétérostructures - IEMN (EPIPHY - IEMN), Laboratoire de Physique des Lasers, Atomes et Molécules - UMR 8523 (PhLAM), Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Optoélectronique - IEMN (OPTO - IEMN), support of EU-ERDF, via the Interreg V FWVL programme (project 'Biosens')RENATECH network for their partial support to this work., Renatech Network, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie (IEMN) - UMR 8520 (IEMN), Ecole Centrale de Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF-IEMN), Ecole Centrale de Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Ecole Centrale de Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Lille, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 [IEMN], Laboratoire de Physique des Lasers, Atomes et Molécules - UMR 8523 [PhLAM], and Optoélectronique - IEMN [OPTO - IEMN]
Subjects: Fabrication, Materials science, silanes, Microfluidics, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, Contact angle, chemistry.chemical_compound, [SPI]Engineering Sciences [physics], PDMS-gold bonding, Monolayer, microfluidic-chip, [CHIM]Chemical Sciences, Electrical and Electronic Engineering, Surface plasmon resonance, Fourier transform infrared spectroscopy, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, MPTMS, surface functionalization, Polydimethylsiloxane, business.industry, Mechanical Engineering, 010401 analytical chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, 0104 chemical sciences, Electronic, Optical and Magnetic Materials, chemistry, tensile strength, Mechanics of Materials, Optoelectronics, Surface modification, 0210 nano-technology, business, surface plasmon resonance
Abstract: In this paper, we describe a novel fabrication method of a microfluidic integrated surface plasmon resonance (SPR) gold chip based on a (3-mercaptopropyl) trimethoxy silane (MPTMS) self-assembled monolayer. This monolayer was formed at the surface of a microfluidic chip made of polydimethylsiloxane (PDMS). Its presence was confirmed by contact angle and Fourier transform infrared spectroscopy measurements on the modified PDMS surface. A basic, but nevertheless appropriate, 4-channel microfluidic system was made on PDMS and reported on a gold SPR sensor. Sealing tests were carried-out by injecting continuous flows of solutions under gradient pressure up to 1.8 bar. Bonding strength of chemical and corona binding were measured and compared. The test of the integrated microfluidic SPR sensor on an SPR bench validated its functionality and proved as well that no leakage is observed between the different microfluidic channels.
Published: 2020
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9. Control and automation for miniaturized microwave GSG nanoprobing

Author: Kamel Haddadi, Christophe Boyaval, Alaa Taleb, Steve Arscott, Gilles Dambrine, Denis Pomorski, Laboratoire d'Automatique, Génie Informatique et Signal (LAGIS), Université de Lille, Sciences et Technologies-Centrale Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF-IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Nano and Microsystems - IEMN (NAM6 - IEMN), Circuits Systèmes Applications des Micro-ondes - IEMN (CSAM - IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Institut TELECOM/TELECOM Lille1, Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT), Renatech Network, PCMP SigmaCom, ANR-11-EQPX-0015,Excelsior,Centre expérimental pour l'étude des propriétés des nanodispositifs dans un large spectre du DC au moyen Infra-rouge.(2011), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - IEMN), and Laboratoire commun STMicroelectronics-IEMN T1
Subjects: Physics, Nanomanipulator, business.industry, Coplanar waveguide, Detector, 020206 networking & telecommunications, 02 engineering and technology, 021001 nanoscience & nanotechnology, Signal, [SPI]Engineering Sciences [physics], Optics, 0202 electrical engineering, electronic engineering, information engineering, Device under test, Coaxial, 0210 nano-technology, business, Microwave, Nanoprobing
Abstract: International audience; The general objective addresses the challenge of the miniaturized microwave characterization of nanodevices. The method is based on a measurement setup that consists of a vector network analyzer (VNA) connected through coaxial cables to miniaturized homemade coplanar waveguide (CPW) probes (one signal contact and two ground contacts), which are themselves mounted on three-axis piezoelectric nanomanipulators SmarAct™. The device under test (DUT) is positioned on a sample holder equipped also with nanopositioners and a rotation system with μ-degree resolution. The visualization is carried out by a scanning electron microscope (SEM) instead of conventional optics commonly found in usual on-wafer probe stations. This study addresses the challenge related to the control of nanomanipulators in order to ensure precisely the contact between the probe tips and the DUT to be characterized. The DUT is inserted between the central ribbon and the ground planes of the coplanar test structure (width of the central ribbon = 2.3 μm, distance between the central ribbon and the ground planes = 1.8 μm). First, we use classical automatic linear tools to identify the transfer function of a system of three linear nanopositioners along the X, Y, and Z axes. This part allows the precise control of each nanomanipulator using LabVIEW™, with an overshoot of the final value (according to a minimal response time in X and Y) or without an overshoot of the final value (in order to avoid any crashing of the probe tips on the substrate in Z). Second, we propose an angular control methodology (using Matlab™) in order to align the probe tips on the CPW ports of the DUT. Finally, the detection of the points of interest (use of the Harris detector) allows one to determine the set point value of each linear nanopositioner X, Y, and Z. These three steps ensure the precise positioning of the probe tips to ensure accurate microwave characterization of the DUT.
Published: 2020
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10. Low-temperature-grown gallium arsenide photoconductors with subpicosecond carrier lifetime and photoresponse reaching 25 mA/W under 1550 nm CW excitation

Author: Jean-Francois Lampin, Charbel Tannoury, M. Billet, Emilien Peytavit, Christophe Coinon, Laboratoire de Physique des Lasers, Atomes et Molécules - UMR 8523 (PhLAM), Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF-IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Photonique THz - IEMN (PHOTONIQ THz - IEMN), This work was supported by the French Defense Agency DGA (Direction générale de l'armement), RENATECH (French Network of Major Technology Centres), Lille University, and the ‘Région Hauts‐de‐France’., Renatech Network, PCMP CHOP, Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - IEMN), and Photonique THz - IEMN (PHOTONIQUE THz - IEMN)
Subjects: wavelength 1550.0 nm, Materials science, Annealing (metallurgy), 02 engineering and technology, Gallium arsenide, chemistry.chemical_compound, [SPI]Engineering Sciences [physics], CW excitation, external quantum efficiency, 0202 electrical engineering, electronic engineering, information engineering, photoresponse, Electrical and Electronic Engineering, optical Fabry‐Perot cavity, III‐V semiconductors, subpicosecond carrier lifetime, carrier lifetime, business.industry, 020208 electrical & electronic engineering, GaAs, photoconducting materials, 1550‐nm‐wavelength illumination, temperature 450.0 degC, photoresponses, Carrier lifetime, gallium arsenide, post‐growth annealing temperature, chemistry, continuous‐wave, low‐temperature‐grown gallium arsenide photoconductors, Optoelectronics, Continuous wave, Quantum efficiency, annealing, business, Excitation
Abstract: International audience; The authors show in this Letter that photoconductors based on GaAs grown at low temperatures can exhibit photoresponses as high as 25 mA/W under continuous-wave 1550-nm-wavelength illumination. It is achieved by using an optical Fabry-Pérot cavity in order to improve the external quantum efficiency and by decreasing the post-growth annealing temperature down-to 450°C. Introduction: Low-temperature-grown GaAs (LT-GaAs) photo-conductors have served as THz sources or detectors in time-domain THz spectroscopy systems based on Ti: Sa mode-locked lasers operating around 800 nm [1]. They have also been used as photoconductive switches to sample millimetre wave signals [2, 3], as optoelectronic homodyne mixers in CW THz spectroscopy systems [4] and also as optoelectronic heterodyne mixers in THz detectors [5, 6]. We have recently shown that LT-GaAs ultrafast photoconductors can operate at λ = 1550 nm, despite a photon energy E ph ≈ 0.75 eV, i.e. lower than the energy gap of GaAs (E g = 1.42 eV), by placing the LT-GaAs layer inside an optical resonant cavity [7]. This photoconductor has been then successfully used to sub-sample continuous waves at frequencies up to 300 GHz, demonstrating a sub-picosecond response time of photocurrents generated by 1550 nm illumination [8]. However, the much higher dark resistivity of LT-GaAs material (>10 3 kΩ cm) in comparison with LT-InGaAs/InAlAs multilayers material [9] or Fe-doped InGaAs layers [10] (
Published: 2020
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11. Operation of near-field scanning millimeter-wave microscopy up to 67 GHz under scanning electron microscopy vision

Author: Christophe Boyaval, D. Deresmes, Gilles Dambrine, V. Avramovic, P. Polovodov, Kamel Haddadi, Didier Theron, S. Eliet, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Nano and Microsystems - IEMN (NAM6 - IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - IEMN), Plateforme de Caractérisation Multi-Physiques - IEMN (PCMP - IEMN), Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA), Université catholique de Lille (UCL)-Université catholique de Lille (UCL)-Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA), Université catholique de Lille (UCL)-Université catholique de Lille (UCL), Advanced NanOmeter DEvices - IEMN (ANODE - IEMN), Circuits Systèmes Applications des Micro-ondes - IEMN (CSAM - IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Institut TELECOM/TELECOM Lille1, Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT), Renatech Network, PCMP CHOP, PCMP SigmaCom, Laboratoire commun STMicroelectronics-IEMN T1, ANR-11-EQPX-0015,Excelsior,Centre expérimental pour l'étude des propriétés des nanodispositifs dans un large spectre du DC au moyen Infra-rouge.(2011), European Project: 761036,H2020-NMBP-2017-two-stage,MMAMA(2017), and Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF-IEMN)
Subjects: Materials science, Microscope, RF nanotechnology, business.industry, Scanning electron microscope, 020206 networking & telecommunications, Near and far field, 02 engineering and technology, law.invention, Characterization (materials science), near-Field scanning microwave microscopy (NSMM), [SPI]Engineering Sciences [physics], law, Extremely high frequency, Microscopy, 0202 electrical engineering, electronic engineering, information engineering, millimeter-wave, Optoelectronics, atomic force microscopy (AFM), Electron microscope, scanning electron microscopy (SEM), business, Microwave
Abstract: International audience; A near-field scanning millimeter-wave microscope is developed with broadband capabilities up to 67 GHz. The instrumentation has been designed to operate inside a scanning electron microscope for environment control and water meniscus elimination. Scanning electron microscopy imaging of the tip / sample interaction gives the unique possibility to limit the scan area and preserve the integrity of the probe tip. In addition, hybrid imaging considering simultaneously atomic, microwave and electron microscopy tools is beneficial for further modeling to address the quantitative characterization of nanomaterials. Experimental data are exemplary shown to demonstrate the viability of the solution proposed.
Published: 2020
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12. Novel insights into the charge storage mechanism in pseudocapacitive vanadium nitride thick films for high-performance on-chip micro-supercapacitors

Author: David Troadec, Thierry Brousse, Pardis Simon, Nicolas Nuns, Dominique Deresmes, Antonella Iadecola, Camille Douard, Maya Marinova, Didier Stiévenard, Marielle Huvé, Christophe Lethien, Kevin Robert, Pascal Roussel, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), Physique-IEMN (PHYSIQUE-IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Institut des Matériaux Jean Rouxel (IMN), Université de Nantes - UFR des Sciences et des Techniques (UN UFR ST), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Ecole Polytechnique de l'Université de Nantes (EPUN), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF-IEMN), Unité de Catalyse et Chimie du Solide - UMR 8181 (UCCS), Centrale Lille Institut (CLIL)-Université d'Artois (UA)-Centrale Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lille, Circuits Systèmes Applications des Micro-ondes - IEMN (CSAM - IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Institut TELECOM/TELECOM Lille1, Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT), Renatech Network, RS2E, PCMP PCP, ANR-17-CE05-0015,DENSSCAPIO,Supercondensateurs nanostructurés tout-solides pour stockage d'énergie plus dense et plus sûr(2017), ANR-10-LABX-0076,STORE-EX,Laboratory of excellency for electrochemical energy storage(2010), ANR-10-EQPX-0045,ROCK,Spectromètre EXAFS Rapide pour Cinétiques Chimiques(2010), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA), Physique - IEMN (PHYSIQUE - IEMN), Plateforme de Caractérisation Multi-Physiques - IEMN (PCMP - IEMN), Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA), Université catholique de Lille (UCL)-Université catholique de Lille (UCL)-Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA), Université catholique de Lille (UCL)-Université catholique de Lille (UCL), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Ecole Polytechnique de l'Université de Nantes (EPUN), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - IEMN), and Université d'Artois (UA)-Centrale Lille-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: Materials science, Fabrication, Vanadium nitride, Nanotechnology, 02 engineering and technology, Nitride, 010402 general chemistry, 7. Clean energy, 01 natural sciences, chemistry.chemical_compound, Transition metal, Environmental Chemistry, Microelectronics, Supercapacitor, Renewable Energy, Sustainability and the Environment, business.industry, Current collector, 021001 nanoscience & nanotechnology, Pollution, 0104 chemical sciences, Nuclear Energy and Engineering, chemistry, Electrode, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], 0210 nano-technology, business
Abstract: International audience; The Internet of Things, enabled by a worldwide network of interconnected sensors, is limited in its large-scale deployment of nomadic miniaturized devices due to the bounds of energy self-sufficiency. One possible solution, albeit challenging, is constructing on-chip pseudocapacitive micro-supercapacitors. Herein, we achieve the collective fabrication of micro-supercapacitors based on sputtered bi-functional vanadium nitride films acting as the electrode material and as the current collector. The reported surface and volumetric capacitance values (1.2 F cm−2 and >700 F cm−3, respectively) of the 16 μm-thick vanadium nitride film obtained via production-compatible microelectronic deposition methods compete well with those of cutting-edge transition metal oxide/nitride materials, and exceed those of standard carbon electrodes. An arsenal of advanced techniques has been deployed to investigate the pseudocapacitive behavior of sputtered vanadium nitride films in aqueous electrolyte in order to unveil the charge storage process explaining their high capacitance and their improved cycling behavior.
Published: 2020
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13. Substrate engineering of inductors on SOI for improvement of Q-factor and application in LNA

Author: Jean-François Robillard, Cedric Durand, Flavie Braud, Christophe Gaquiere, Vanessa Avramovic, Arun Bhaskar, Emmanuel Dubois, Justine Philippe, Daniel Gloria, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Plateforme de Caractérisation Multi-Physiques - IEMN (PCMP - IEMN), Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA)-Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF-IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Microélectronique Silicium - IEMN (MICROE SI - IEMN), STMicroelectronics [Crolles] (ST-CROLLES), Puissance - IEMN (PUISSANCE - IEMN), Renatech Network, Laboratoire commun STMicroelectronics-IEMN T1, Laboratoire commun STMicroelectronics-IEMN T4, PCMP CHOP, ANR-11-EQPX-0025,LEAF,Plateforme de traitement laser pour l'électronique flexible multifonctionnelle(2011), Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA), Université catholique de Lille (UCL)-Université catholique de Lille (UCL)-Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA), Université catholique de Lille (UCL)-Université catholique de Lille (UCL), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - IEMN), and Microélectronique Silicium - IEMN (MICROELEC SI - IEMN)
Subjects: Materials science, inductors, Silicon on insulator, FOS: Physical sciences, Context (language use), 02 engineering and technology, Applied Physics (physics.app-ph), Systems and Control (eess.SY), Inductor, Noise figure, Electrical Engineering and Systems Science - Systems and Control, 01 natural sciences, Noise (electronics), Capacitance, 010309 optics, 0103 physical sciences, 0202 electrical engineering, electronic engineering, information engineering, FOS: Electrical engineering, electronic engineering, information engineering, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Electrical and Electronic Engineering, Electronic circuit, SOI, laser processing, business.industry, CMOS, 020208 electrical & electronic engineering, Physics - Applied Physics, Electronic, Optical and Magnetic Materials, LNA, membranes, Q factor, Optoelectronics, lcsh:Electrical engineering. Electronics. Nuclear engineering, business, lcsh:TK1-9971, Biotechnology
Abstract: High Q-factor inductors are critical in designing high performance RF/microwave circuits on SOI technology. Substrate losses is a key limiting factor when designing inductors with high Q-factors. In this context, we report a substrate engineering method that enables improvement of quality factors of already fabricated inductors on SOI. A novel femtosecond laser milling process is utilized for the fabrication of locally suspended membranes of inductors with handler silicon completely etched. Such flexible membranes suspended freely on the BOX show up to 92 % improvement in Q factor for single turn inductor. The improvement in Q-factor is reported on large sized inductors due to reduced parallel capacitance which allows enhanced operation of inductors at high frequencies. A compact model extraction methodology has been developed to model inductor membranes. These membranes have been utilized for the improvement of noise performance of LNA working in the 4.9,5.9 GHz range. A 0.1 dB improvement in noise figure has been reported by taking an existing design and suspending the input side inductors of the LNA circuit. The substrate engineering method reported in this work is not only applicable to inductors but also to active circuits, making it a powerful tool for enhancement of RF devices., Comment: 11 pages, 13 figures
Published: 2020
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14. Gate length dependent transport properties of in-plane core-shell nanowires with raised contacts

Author: David Troadec, Alexandre Bucamp, Sylvie Lepilliet, C. Coinon, Ludovic Desplanque, Xavier Wallart, Gilles Patriarche, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF-IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (C2N), Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Renatech Network, PCMP CHOP, and Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - IEMN)
Subjects: Electron mobility, Materials science, Passivation, Nanowire, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, selective area growth, 01 natural sciences, [SPI]Engineering Sciences [physics], Effective mass (solid-state physics), molecular beam epitaxy, General Materials Science, Electrical and Electronic Engineering, Ohmic contact, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, business.industry, Doping, effective electron mobility, core-shell nanowire, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, Atomic and Molecular Physics, and Optics, 0104 chemical sciences, Semiconductor, Optoelectronics, 0210 nano-technology, business, Molecular beam epitaxy
Abstract: Three-dimensional (3D) nanoscale crystal shaping has become essential for the precise design of advanced electronic and quantum devices based on electrically gated transport. In this context, III-V semiconductor-based nanowires with low electron effective mass and strong spin-orbit coupling are particularly investigated because of their exceptional quantum transport properties and the good electrostatic control they provide. Among the main challenges involved in the processing of these nanodevices are (i) the management of the gate stack which requires ex-situ passivation treatment to reduce the density of traps at the oxide/semiconductor interface, (ii) the ability to get good ohmic contacts for source and drain electrodes and (iii) the scalability and reliability of the process for the fabrication of complex architectures based on nanowire networks. In this paper, we show that selective area molecular beam epitaxy of in-plane InGaAs/InP core-shell nanowires with raised heavily doped source and drain contacts can address these different issues. Electrical characterization of the devices down to 4 K reveals the positive impact of the InP shell on the gate electrostatic control and effective electron mobility. Although comparable to the best reported values for In(Ga)As nanostructures grown on InP, this latter is severely reduced for sub-100 nm channel highlighting remaining issue to reach the ballistic regime.
Published: 2020
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15. Generation of mW Level in the 300-GHz Band Using Resonant-Cavity-Enhanced Unitraveling Carrier Photodiodes

Author: Alexandre Beck, P. Latzel, Maximilien Billet, Jean-François Lampin, Xavier Wallart, Emilien Peytavit, Mohammed Zaknoune, Mathias Vanwolleghem, Sara Bretin, C. Coinon, Guillaume Ducournau, Fabio Pavanello, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Institut des Fonctions Optiques pour les Technologies de l'informatiON (Institut FOTON), Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-École Nationale Supérieure des Sciences Appliquées et de Technologie (ENSSAT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Photonique THz - IEMN (PHOTONIQUE THz - IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - IEMN), EPItaxie et PHYsique des hétérostructures - IEMN (EPIPHY - IEMN), Advanced NanOmeter DEvices - IEMN (ANODE - IEMN), French Defense Agency 'DGA' (Direction generale de l'armement), ITN 'MITEPHO' Marie-Curie program, French Agence Nationale de la Recherche (ANR) 'COM'TONIQ' GrantFrench National Research Agency (ANR) [ANR-13-INFR-0011-01], Lille University, Institute of Electronics, Microelectronics and Nanotechnology (RF/MEMS Characterization Center, Nanofab platform), CNRSCentre National de la Recherche Scientifique (CNRS)European Commission, 'RENATECH' (French nano-fabrication network), French 'Programmes d'investissement d'avenir' EquipexFrench National Research Agency (ANR) [FLUX 0017], ExCELSiOR project, 'Hauts de France' Regional Council, FEDER through the CPER 'Photonics for Society', Renatech Network, ANR-11-EQPX-0015,Excelsior,Centre expérimental pour l'étude des propriétés des nanodispositifs dans un large spectre du DC au moyen Infra-rouge.(2011), ANR-13-INFR-0011,COM'TONIQ,COMmunications quasi-optiques ultra-haut débit à base de phoTONIQue(2013), ANR-11-EQPX-0017,FLUX,Fibres optiques pour les hauts Flux(2011), Université de Rennes 1 (UR1), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-École Nationale Supérieure des Sciences Appliquées et de Technologie (ENSSAT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT), Photonique THz - IEMN (PHOTONIQ THz - IEMN), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF-IEMN), École Nationale Supérieure des Sciences Appliquées et de Technologie (ENSSAT)-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Rennes 1 (UR1), and Université de Rennes (UNIV-RENNES)
Subjects: Radiation, Materials science, business.industry, Wafer bonding, Terahertz radiation, Contact resistance, unitraveling carrier photodiodes (UTC-PDs), 02 engineering and technology, 7. Clean energy, Photodiode, law.invention, Photomixing, [SPI]Engineering Sciences [physics], Responsivity, 020210 optoelectronics & photonics, law, Broadband, 0202 electrical engineering, electronic engineering, information engineering, Millimeter-wave/ terahertz (THz) wave generation, Optoelectronics, Electrical and Electronic Engineering, business, Diode
Abstract: International audience; We present a resonant-cavity-enhanced broadband unitraveling carrier photodiode optimized for terahertz (THz) generation. It uses a novel semitransparent top-contact utilizing subwavelength apertures for enhanced optical transmission. The contact allows front-side illumination of the photodiode using 1.55-mu m-wavelength light, while still retaining a small contact resistance suitable for photomixing at THz frequencies. The responsivity of the device is improved by introducing a metallic mirror below the diode mesa through wafer bonding, producing an optical resonant cavity. A record continuous-wave output power of 750 mu W is measured for a single photodiode at 300 GHz. Record values of efficiency are also demonstrated.
Published: 2017
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16. Size and shape control of a variety of metallic nanostructures using tilted, rotating evaporation and lithographic lift-off techniques

Author: Thierry Melin, David Troadec, Gaëtan Lévêque, François Vaurette, Damien Eschimese, Steve Arscott, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF-IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Physique-IEMN (PHYSIQUE-IEMN), Nano and Microsystems - IEMN (NAM6 - IEMN), Renatech Network, ANR-16-CE09-0029,TIPTOP_1,Fabrication de leviers de microscopie à force atomique pour des applications de spectroscopie Raman à exaltation de pointe(2016), Physique - IEMN (PHYSIQUE - IEMN), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - IEMN), and A c k n o w l e d g e m e n t s :We would very much like to thank Annie Fattorini and Marc Dewitte (Engineers at IEMN) for their help with the thermal evaporation. Tis work was supported by the French Agence National de La Recherche (ANR) ‘TIPTOP_1’ project (ANR-16-CE09–0029), the French region Hauts-de-France (IEMN-Horiba project—DOS0025370/00 and 17007720), and the French RENATECH network.
Subjects: 0301 basic medicine, Materials science, Nanostructure, Rotational symmetry, lcsh:Medicine, Physics::Optics, Article, Condensed Matter::Materials Science, 03 medical and health sciences, [SPI]Engineering Sciences [physics], 0302 clinical medicine, Optics, lcsh:Science, Lithography, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, Multidisciplinary, Metallic Object, Surface patterning, business.industry, lcsh:R, Metamaterial, Evaporation (deposition), 030104 developmental biology, Nanoparticles, lcsh:Q, Nanometre, Photonics, business, 030217 neurology & neurosurgery
Abstract: Here, we demonstrate a simple top-down method for nanotechnology whereby electron beam (ebeam) lithography can be combined with tilted, rotated thermal evaporation to control the topography and size of an assortment of metallic objects at the nanometre scale. In order to do this, the evaporation tilt angle is varied between 1 and 24°. The technique allows the 3-dimensional tailoring of a range of metallic object shapes from sharp, flat bottomed spikes to hollow cylinders and rings—all of which have rotational symmetry and whose critical dimensions are much smaller than the lithographic feature size. The lithographic feature size is varied from 400 nm down to 40 nm. The nanostructures are characterized using electron microscopy techniques—the specific shape can be predicted using topographic modelling of the deposition. Although individual nanostructures are studied here, the idea can easily be extended to fabricate arrays for e.g. photonics and metamaterials. Being a generic technique—depending on easily controlled lithographic and evaporation parameters—it can be readily incorporated into any standard planar process and could be adapted to suit other thin-film materials deposited using physical means.
Published: 2019
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17. Device for broadband THz spectroscopy of 1-nL-volume samples

Author: Jean-Francois Lampin, Flavie Braud, Theo Hannotte, Melanie Lavancier, Emmanuel Dubois, Romain Peretti, Sergey Mitryukovskiy, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF-IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Microélectronique Silicium - IEMN (MICROE SI - IEMN), Photonique THz - IEMN (PHOTONIQ THz - IEMN), Renatech Network, ANR-11-EQPX-0025,LEAF,Plateforme de traitement laser pour l'électronique flexible multifonctionnelle(2011), ANR-11-EQPX-0015,Excelsior,Centre expérimental pour l'étude des propriétés des nanodispositifs dans un large spectre du DC au moyen Infra-rouge.(2011), Photonique THz - IEMN (PHOTONIQUE THz - IEMN), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - IEMN), Microélectronique Silicium - IEMN (MICROELEC SI - IEMN), ACKNOWLEDGMENTSThis work was partially supported by: i) the international chair of excellence 'ThOTroV' from region 'Hauts-deFrance', ii) the welcome talent grant 'NeFiStoV' from European metropole of Lille, iii) the 'TeraStoVe' grant from Isite ULNE, iv) the French government through the National Research Agency (ANR) under program PIA EQUIPEX LEAF ANR-11-EQPX-0025 and ExCELSiOR ANR 11-EQPX-0015, and and v) the French RENATECH network on micro and nanotechnologies.
Subjects: Fabrication, Terahertz radiation, [PHYS.PHYS.PHYS-BIO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Biological Physics [physics.bio-ph], 02 engineering and technology, Broadband communication, 01 natural sciences, 010309 optics, 0103 physical sciences, Broadband, [PHYS.PHYS.PHYS-INS-DET]Physics [physics]/Physics [physics]/Instrumentation and Detectors [physics.ins-det], Spectroscopy, Biology, [PHYS]Physics [physics], [PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS]Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], business.industry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Characterization (materials science), Optical waveguides, Broadband antennas, Terahertz pulse, Performance evaluation, Couplings, Optoelectronics, 0210 nano-technology, business, Thz spectroscopy
Abstract: International audience; We report on our recent progress in the development of a device for light-matter interaction enhancement in the full terahertz range for precise spectroscopy of minor-volume samples. The efficient confinement of a broadband terahertz pulse to a few-nL-volume was achieved, opening new perspectives for chemical and biological applications. We discuss modifications in the fabrication process leading to the improvement of our technique, following the detailed characterization of the device performances.
Published: 2019
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18. Towards broadband THz spectroscopy and analysis of sub-wavelength-size biological samples

Author: Melanie Lavancier, Jean Francois Lampin, Yue Bai, Sergey Mitryukovskiy, Emmanuel Dubois, Romain Peretti, Flavie Braud, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Photonique THz - IEMN (PHOTONIQUE THz - IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - IEMN), Microélectronique Silicium - IEMN (MICROELEC SI - IEMN), ACKNOWLEDGMENTSThis work was partially supported by: i) the international chair of excellence 'ThOTroV' from region 'Hauts-deFrance', ii) the welcome talent grant 'NeFiStoV' from European metropole of Lille, iii) the 'TeraStoVe' grant from Isite ULNE, iv) the French government through the National Research Agency (ANR) under program PIA EQUIPEX LEAF ANR-11-EQPX-0025 and ExCELSiOR ANR 11-EQPX-0015, and v) the French RENATECH network on micro and nanotechnologies, Renatech Network, ANR-11-EQPX-0025,LEAF,Plateforme de traitement laser pour l'électronique flexible multifonctionnelle(2011), ANR-11-EQPX-0015,Excelsior,Centre expérimental pour l'étude des propriétés des nanodispositifs dans un large spectre du DC au moyen Infra-rouge.(2011), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF-IEMN), Microélectronique Silicium - IEMN (MICROE SI - IEMN), and Photonique THz - IEMN (PHOTONIQ THz - IEMN)
Subjects: Materials science, Terahertz radiation, [PHYS.PHYS.PHYS-BIO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Biological Physics [physics.bio-ph], Physics::Optics, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, Sub wavelength, 010309 optics, Time-domain analysis, [SPI]Engineering Sciences [physics], Software, 0103 physical sciences, Broadband, Spectroscopy, [PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS]Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], Optimization algorithm, [PHYS.PHYS]Physics [physics]/Physics [physics], business.industry, Ice, Biological system modeling, 021001 nanoscience & nanotechnology, Sample (graphics), Broadband communication, Optoelectronics, [PHYS.PHYS.PHYS-CHEM-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Chemical Physics [physics.chem-ph], 0210 nano-technology, business, Thz spectroscopy
Abstract: International audience; We report on our recent progress toward bio-photonic applications of terahertz time-domain spectroscopy. First, we developed a technique for the confinement of broadband terahertz pulses to a sub-wavelength-volume, and will present its applications to study biological samples. Second, we will discuss the analysis of terahertz time-trace data from bio samples using our Fit@TDS software based on the time-domain optimization algorithm that enables direct fitting of sample parameters. The combination of those (the experimental and the modelling) techniques is a robust tool for terahertz bio-photonics.
Published: 2019
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19. Physical mechanisms involved in the formation and operation of memory devices based on a monolayer of gold nanoparticles-polythiophene hybrid materials

Author: Jean Roncali, Fabien Alibart, Philippe Blanchard, Ali Yassin, Stéphane Lenfant, D. Troadec, Djamila Hourlier, Maitena Ocafrain, D. Guerin, T. Zhang, Dominique Vuillaume, Kamal Lmimouni, Gilles Patriarche, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Nanostructures, nanoComponents & Molecules - IEMN (NCM - IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA), Université catholique de Lille (UCL)-Université catholique de Lille (UCL), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - IEMN), Université catholique de Lille (UCL)-Université catholique de Lille (UCL)-Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA), EPItaxie et PHYsique des hétérostructures - IEMN (EPIPHY - IEMN), Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (C2N), Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), MOLTECH-Anjou, Université d'Angers (UA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), This work has been financially supported by EU FET project no. 318597 'SYMONE', the ANR agency, project no. ANR 12 BS03 010 01 'SYNAPTOR' and the French RENATECH network. The authors thank the clean room staff of the IEMN for the assistance and help with device fabrication., Renatech Network, ANR-12-BS03-0010,SYNAPTOR,Transistor-synapse et circuits pour les architectures neuro-inspirées(2012), Nanostructures, nanoComponents & Molecules - IEMN (NCM-IEMN), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF-IEMN), Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie (IEMN) - UMR 8520 (IEMN), Ecole Centrale de Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Laboratoire International associé sur les phénomènes Critiques et Supercritiques en électronique fonctionnelle, acoustique et fluidique (LIA LICS/LEMAC), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Ecole Centrale de Lille-Université de Lille-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Ecole Centrale de Lille-Université de Lille-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Laboratoire de photonique et de nanostructures (LPN), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Université d'Angers (UA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Subjects: Materials science, FOS: Physical sciences, Nanoparticle, Bioengineering, Applied Physics (physics.app-ph), 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, Mesoscale and Nanoscale Physics (cond-mat.mes-hall), Monolayer, General Materials Science, [PHYS.COND]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat], ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, [PHYS.COND.CM-MSQHE]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Mesoscopic Systems and Quantum Hall Effect [cond-mat.mes-hall], [PHYS]Physics [physics], Condensed Matter - Mesoscale and Nanoscale Physics, business.industry, General Engineering, Physics - Applied Physics, General Chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Atomic and Molecular Physics, and Optics, 0104 chemical sciences, Resistive random-access memory, Non-volatile memory, Thermogravimetry, Amorphous carbon, Colloidal gold, Optoelectronics, 0210 nano-technology, Hybrid material, business
Abstract: International audience; Understanding the physical and chemical mechanisms occurring during the forming process and operation of an organic resistive memory device is a major issue for better performances. Various mechanisms were suggested in vertically stacked memory structures, but the analysis remains indirect and needs destructive characterization (e.g. cross-section to access the organic layers sandwiched between electrodes). Here, we report a study on a planar, monolayer thick, hybrid nanoparticle/molecule device (10 nm gold nanoparticles embedded in an electro-generated poly(2-thienyl-3,4-(ethylenedioxy)thiophene) layer), combining, in situ, on the same device, physical (scanning electron microscope, physico-chemical (thermogravimetry and mass spectroscopy, Raman spectroscopy) and electrical (temperature dependent current-voltage) characterizations. We demonstrate that the forming process causes an increase in the gold particle size, almost 4 times larger than the starting nanoparticles, and that the organic layer undergoes a significant chemical rearrangement from a sp3 to sp2 amorphous carbon material. Temperature dependent electrical characterizations of this nonvolatile memory confirm that the charge transport mechanism in the device is consistent with a trap-filled space charge limited current in the off state, the sp2 amorphous carbon material containing many electrically active defects.
Published: 2019
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20. Fast Electrochemical Storage Process in Sputtered Nb2O5 Porous Thin Films

Author: Cassandra Arico, Pierre-Louis Taberna, Patrice Simon, Christophe Lethien, Saliha Ouendi, Pascal Roussel, Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Collège de France (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Lille - ENSCL (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - ENSCP (FRANCE), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier - ENSCM (FRANCE), Institut catholique de Lille - ICL (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT (FRANCE), Institut polytechnique de Grenoble (FRANCE), Sorbonne Université (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Université de Nantes (FRANCE), Université de Picardie Jules Verne (FRANCE), Yncrea Hauts de France (FRANCE), Ecole Centrale de Lille (FRANCE), Université de Pau et des Pays de l'Adour - UPPA (FRANCE), Université d'Artois (FRANCE), Université de Haute Alsace - UHA (FRANCE), Université de Lille (FRANCE), Université de Montpellier (FRANCE), Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis - UVHC (FRANCE), Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), Unité de Catalyse et Chimie du Solide - UMR 8181 (UCCS), Université d'Artois (UA)-Centrale Lille-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Circuits Systèmes Applications des Micro-ondes - IEMN (CSAM - IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Institut TELECOM/TELECOM Lille1, Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA), RS2E, Renatech Network, ANR-16-CE24-0012,MINOTORES,MIcro-supercoNdensateur à porOsité contrôlée pour des applicaTions à fORte densité d'énErgie sur Substrat rigide et flexible(2016), ANR-10-LABX-0076,STORE-EX,Laboratory of excellency for electrochemical energy storage(2010), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF-IEMN), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Centrale Lille Institut (CLIL)-Université d'Artois (UA)-Centrale Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lille, and Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE)
Subjects: Energie électrique, Fabrication, Materials science, Matériaux, General Physics and Astronomy, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, Electrochemistry, 01 natural sciences, Redox, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, Fast kinetics, chemistry.chemical_compound, Deposition (phase transition), General Materials Science, Thin film, Niobium pentoxide, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Porosity, Nb2O5, business.industry, [SPI.NRJ]Engineering Sciences [physics]/Electric power, General Engineering, Sputtering, Sputter deposition, 021001 nanoscience & nanotechnology, 0104 chemical sciences, chemistry, Optoelectronics, Lithium intercalation, 0210 nano-technology, business
Abstract: International audience; The formation of a thin film electrode exhibiting high capacity and high rate capabilities is challenging in the field of miniaturized electrochemical energy storage. Here, we present an elegant strategy to tune the morphology and the properties of sputtered porous Nb2O5 thin films deposited on Si-based substrates via the magnetron sputtering deposition technique. Kinetic analysis of the redox reactions is studied to qualify the charge storage process, where we observe a non-diffusion-controlled mechanism within the porous niobium pentoxide thin film. To improve the surface capacity of the Nb2O5 porous electrode, the thickness is progressively increased up to 0.94 μm, providing a surface capacity close to 60 μAh.cm-2 at 1 mV.s-1. The fabrication of high energy density miniaturized power sources based on the optimized T-Nb2O5 films could be achieved for Internet of Things applications requiring high rate capability.
Published: 2019
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21. InAlAs/InGaAs-MSM photodetectors based on optical cavity using metallic mirrors: THz frequency operation, high quantum efficiency and high saturation current

Author: Xavier Wallart, Vanessa Avramovic, Maximilien Billet, F. Bavedila, Guillaume Ducournau, C. Coinon, Jean-Francois Lampin, Sara Bretin, Emilien Peytavit, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Photonique THz - IEMN (PHOTONIQUE THz - IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), EPItaxie et PHYsique des hétérostructures - IEMN (EPIPHY - IEMN), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - IEMN), This work was supported by the French Defense Agency DGA (Direction Générale de l'Armement), the RENATECH network (French Network of Major Technology Centers), the Lille University, and the Région Hauts-de-France., Renatech Network, Photonique THz - IEMN (PHOTONIQ THz - IEMN), Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie (IEMN) - UMR 8520 (IEMN), Ecole Centrale de Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Université de Nantes (UN), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF-IEMN), and Ecole Centrale de Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Ecole Centrale de Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)
Subjects: Materials science, Physics and Astronomy (miscellaneous), Photoconductivity, Optical resonators, Terahertz radiation, THz photonics, optoelectronics, Electrical properties and parameters, Photodetector, 02 engineering and technology, Telecommunications engineering, 7. Clean energy, 01 natural sciences, Quantum efficiency, law.invention, Photomixing, [SPI]Engineering Sciences [physics], Electric currents, law, Saturation current, 0103 physical sciences, MSM, 010302 applied physics, business.industry, Photodetectors, 021001 nanoscience & nanotechnology, Laser, Semiconductors, Optical cavity, Continuous wave, Optoelectronics, 0210 nano-technology, business, ultrafast-photoconductors
Abstract: International audience; We present a metallic mirror-based resonant cavity-enhanced InAlAs/InGaAs metal-semiconductor-metal (InAlAs/InGaAs-MSM) photodetector driven by a 1550 nm wavelength illumination. The device shows a quantum efficiency higher than 30%, a cut-off frequency higher than 100 GHz, and a saturation current density above 40 kA/cm2 . As a proof of concept, we demonstrate the generation of 0.25 mW of continuous wave output power at a frequency of 100 GHz via the photomixing of an optical beatnote. This result underlines the potential of InAlAs/InGaAs-MSM for subterahertz and terahertz optoelectronic applications driven by telecom lasers.
Published: 2019
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22. Triangular nanoperforation and band engineering of InGaAs quantum wells: a lithographic route toward Dirac cones in III–V semiconductors

Author: F. Vaurette, Athmane Tadjine, Tao Xu, L C Post, Xavier Wallart, Y. Lambert, Daniel Vanmaekelbergh, N. A. Franchina Vergel, D Yarekha, Bruno Grandidier, Christophe Delerue, Didier Stiévenard, Ludovic Desplanque, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF-IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Physique-IEMN (PHYSIQUE-IEMN), Debye Institute for Nanomaterials Science, Utrecht University [Utrecht], ANR-16-CE24-0007,Dirac-III-V,Super-réseau d'antipoints de Dirac pour les électrons dans les semiconducteurs III-V(2016), ANR-11-EQPX-0015,Excelsior,Centre expérimental pour l'étude des propriétés des nanodispositifs dans un large spectre du DC au moyen Infra-rouge.(2011), Physique - IEMN (PHYSIQUE - IEMN), Key Laboratory of Advanced Display and System applications, Shanghai University, Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - IEMN), EPItaxie et PHYsique des hétérostructures - IEMN (EPIPHY - IEMN), and AcknowledgmentsThis work was financially supported by the NetherlandsOrganisation for Scientific Research (Grant No.BC.000672.1, TOP Punt), the National Natural ScientificFoundation of China (Grant No. 61775130), the French National Research Agency (Dirac III-V project ANR-16-CE24-0007-01), the French state funds managed by the ANRwithin the Investissements d’Avenir programme EQUIPEXExcelsior (ANR-11-EQPX-0015) and the RENATECHnetwork.
Subjects: Nanostructure, Materials science, Bioengineering, 02 engineering and technology, band structure engineering, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, Condensed Matter::Materials Science, Lattice constant, electron beam lithography, General Materials Science, lattice disorder, Electrical and Electronic Engineering, [PHYS.COND]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat], Electronic band structure, dirac cone, Quantum well, InGaAs quantum well, [PHYS]Physics [physics], business.industry, Mechanical Engineering, honeycomb semiconductor, General Chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter::Mesoscopic Systems and Quantum Hall Effect, 0104 chemical sciences, Honeycomb structure, Semiconductor, Mechanics of Materials, Optoelectronics, Dry etching, 0210 nano-technology, business, Electron-beam lithography
Abstract: International audience; The design of two-dimensional periodic structures at the nanoscale has renewed attention for band structure engineering. Here, we investigate the nanoperforation of InGaAs quantum wells epitaxially grown on InP substrates using high-resolution e-beam lithography and highly plasma based dry etching. We report on the fabrication of a honeycomb structure with an effective lattice constant down to 23 nm by realising triangular antidot lattice with an ultimate periodicity of 40 nm in a 10 nm thick InGaAs quantum well on a p-type InP. The quality of the honeycomb structures is discussed in detail, and calculations show the possibility to measure Dirac physics in these type of samples. Based on the statistical analysis of the fluctuations in pore size and periodicity, calculations of the band structure are performed to assess the robustness of the Dirac cones with respect to distortions of the honeycomb lattice.
Published: 2019
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23. Selective area molecular beam epitaxy of InSb nanostructures on mismatched substrates

Author: Ludovic Desplanque, A. Bucamp, Xavier Wallart, Gilles Patriarche, David Troadec, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF-IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Laboratoire de photonique et de nanostructures (LPN), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), EPItaxie et PHYsique des hétérostructures - IEMN (EPIPHY - IEMN), and Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - IEMN)
Subjects: 010302 applied physics, Materials science, Nanostructure, business.industry, Nanowire, Gate length, 02 engineering and technology, Substrate (electronics), 021001 nanoscience & nanotechnology, Condensed Matter Physics, 01 natural sciences, Inorganic Chemistry, 0103 physical sciences, MOSFET, Materials Chemistry, Optoelectronics, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, 0210 nano-technology, business, Nanoscopic scale, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, Molecular beam epitaxy
Abstract: The selective molecular beam epitaxy of InSb inside nanoscale apertures realized in a SiO2 mask deposited on a highly mismatched substrate is studied. The substrate of interest is GaAs on which a 6.1 A material (InAs or AlGaSb) has been grown accommodating part of the mismatch with InSb. For sub-100 nm wide aperture, several micron long in-plane InSb nanowires can be obtained. Different ways for measuring the electrical properties of these in-plane nanostructures are proposed. A 1 µm long gate length MOSFET is fabricated on a semi-insulating AlGaSb pseudo-substrate without any transfer on a host substrate.
Published: 2019
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24. Femtosecond laser micromachining of crystalline silicon for ablation of deep macro-sized cavities for silicon-on-insulator applications

Author: Jean-François Robillard, Daniel Gloria, Flavie Braud, Emmanuel Dubois, Justine Philippe, Etienne Okada, Arun Bhaskar, Christophe Gaquiere, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF-IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Plateforme de Caractérisation Multi-Physiques - IEMN (PCMP - IEMN), Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA)-Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA), Microélectronique Silicium - IEMN (MICROE SI - IEMN), STMicroelectronics, Puissance - IEMN (PUISSANCE - IEMN), Renatech Network, Laboratoire commun STMicroelectronics-IEMN T4, ANR-11-EQPX-0025,LEAF,Plateforme de traitement laser pour l'électronique flexible multifonctionnelle(2011), Microélectronique Silicium - IEMN (MICROELEC SI - IEMN), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - IEMN), Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA), Université catholique de Lille (UCL)-Université catholique de Lille (UCL)-Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA), and Université catholique de Lille (UCL)-Université catholique de Lille (UCL)
Subjects: 010302 applied physics, Materials science, Silicon, business.industry, chemistry.chemical_element, Silicon on insulator, 02 engineering and technology, Substrate (electronics), 021001 nanoscience & nanotechnology, Laser, 01 natural sciences, law.invention, [SPI]Engineering Sciences [physics], Surface micromachining, chemistry, law, Fiber laser, 0103 physical sciences, Optoelectronics, Wafer, Crystalline silicon, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, 0210 nano-technology, business, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract: We demonstrate the use of femtosecond laser micromachining for ablating macro-sized cavities in crystalline silicon. The method employed is laser milling in which the focused laser beam is raster scanned over the area to be removed. We report the achievement of very high volume ablation rates for the cavity of up to 8.48x106 μm3 s-1. To achieve such high rates, we make use of a high average power fiber laser source of 1030 nm wavelength and variable per pulse energy of up to 100 μJ. By carefully controlling the process variables such as pulse energy, repetition rate and scanner speed, the tradeoffs between micromachining quality and ablation rate are quantified. The developed process is applied on Siliconon-Insulator (SOI) wafers for improving performance of RF devices. By making use of laser removal and an additional step of selective silicon etch using XeF2, handler silicon is removed completely under RF circuits such as SP9T switch. The local removal of silicon under such circuits completely eliminates the losses and non-linearities caused by the coupling of RF signals to the semi-conducting substrate. Small-signal and large-signal RF measurements are performed before and after substrate removal to quantify the performance gain. The obtained performance after substrate removal is better than specialized RF-SOI substrates such as trap-rich SOI. This is of practical significance for next generation wireless technologies like 5G which operate at higher frequencies with stringent specifications. The proposed method is also potentially useful for fabricating membrane based devices in SOI technology such as pressure sensors.
Published: 2019
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25. Trap-free heterostructure of PbS nanoplatelets on InP(001) by chemical epitaxy

Author: Xiaodong Pi, Christophe Delerue, Louis Biadala, Manfred Bayer, Bruno Grandidier, Y. Lambert, Anthony Houppe, Dominique Deresmes, Tao Xu, Jimmy Xu, Gilles Patriarche, David Troadec, Jin Ho Kim, Wenbing Peng, Damien Canneson, Xavier Wallart, Maxime Berthe, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Physique-IEMN (PHYSIQUE-IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Pennsylvania State University (Penn State), Penn State System, Groupe d'Etude de la Matière Condensée (GEMAC), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF-IEMN), Laboratoire de photonique et de nanostructures (LPN), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), State Key Laboratory of Silicon Materials, Zhejiang University, Experimentelle Physik 2, Technische Universität Dortmund [Dortmund] (TU), ANR-11-EQPX-0015,Excelsior,Centre expérimental pour l'étude des propriétés des nanodispositifs dans un large spectre du DC au moyen Infra-rouge.(2011), ANR-10-EQPX-0050,TEMPOS,Microscopie electronique en transmission sur le plateau Palaiseau Orsay Saclay(2010), Physique - IEMN (PHYSIQUE - IEMN), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - IEMN), EPItaxie et PHYsique des hétérostructures - IEMN (EPIPHY - IEMN), School of Engineering, Brown University, Providence, RI, United States, ACKNOWLEDGMENTSThis study was financially supported by the EuropeanCommunity’s H2020 Program (grant no. PITN-GA-2016-722176, 'Indeed' Project), the EQUIPEX programs Excelsior(grant no. ANR-11-EQPX-0015) and Tempos (grant no.ANR-10-EQPX-0050)), the RENATECH network, and theNational Key Research and Development Program of China(grant no. 2017YFA0205700). T.X. acknowledges the financialsupport of the National Natural Science Foundation of China(grant no. 61775130), and J.X. thanks the University of Lilleand ARO for partial financial support. D.C. and M.B.acknowledge support of the Deutsche Forschungsgemeinschaftin the frame of ICRC TRR 160., and RENATECH network
Subjects: Materials science, Passivation, chemical epitaxy, Band gap, Scanning tunneling spectroscopy, General Physics and Astronomy, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, Epitaxy, 01 natural sciences, nanocrystals, General Materials Science, PbS/InP heterostructures, interfacial traps, [PHYS.COND]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat], [PHYS]Physics [physics], business.industry, General Engineering, Heterojunction, 021001 nanoscience & nanotechnology, Nanocrystalline material, 0104 chemical sciences, Semiconductor, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Optoelectronics, scanning tunneling spectroscopy, 0210 nano-technology, business, Molecular beam
Abstract: International audience; Semiconductor nanocrystalline heterostructures can be produced by the immersion of semiconductor substrates into an aqueous precursor solution, but this approach usually leads to a high density of interfacial traps. In this work, we study the effect of a chemical passivation of the substrate prior to the nanocrystalline growth. PbS nanoplatelets grown on sulfur-treated InP (001) surfaces at temperatures as low as 95 °C exhibit abrupt crystalline interfaces that allow a direct and reproducible electron transfer to the InP substrate through the nanometer-thick nanoplatelets with scanning tunnelling spectroscopy. It is in sharp contrast with the less defined interface and the hysteresis of the current–voltage characteristics found without the passivation step. Based on a tunnelling effect occurring at energies below the bandgap of PbS, we show the formation of a type II, trap-free, epitaxial heterointerface, with a quality comparable to that grown on a nonreactive InP (110) substrate by molecular beam epitaxy. Our scheme offers an attractive alternative to the fabrication of semiconductor heterostructures in the gas phase.
Published: 2019
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26. A porous Ge/Si interface layer for defect-free III-V multi-junction solar cells on silicon

Author: Karin Hinzer, Serge Ecoffey, Mourad Jellit, David Troadec, Christopher E. Valdivia, Abderraouf Boucherif, Richard Arès, Romain Stricher, Ali Soltani, Nadi Braidy, Dominique Drouin, Meghan N. Beattie, Youcef A. Bioud, Matthew M. Wilkins, Gilles Patriarche, Laboratoire Nanotechnologies Nanosystèmes (LN2 ), Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Sherbrooke (UdeS)-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut Interdisciplinaire d'Innovation Technologique [Sherbrooke] (3IT), Université de Sherbrooke (UdeS), Laboratoire de photonique et de nanostructures (LPN), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF-IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Université de Sherbrooke (UdeS)-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-École Supérieure de Chimie Physique Électronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), and Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - IEMN)
Subjects: 010302 applied physics, Materials science, Silicon, business.industry, chemistry.chemical_element, 02 engineering and technology, Substrate (electronics), 021001 nanoscience & nanotechnology, Porous silicon, Epitaxy, 7. Clean energy, 01 natural sciences, law.invention, [SPI]Engineering Sciences [physics], chemistry, Etching (microfabrication), law, 0103 physical sciences, Solar cell, Optoelectronics, Dislocation, 0210 nano-technology, business, Layer (electronics), ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract: III-V solar cell cost reduction and direct III-V/Si integration can both be realized by depositing a thin layer of high-quality Ge on relatively low-cost Si substrates. However, direct epitaxial growth of Ge on Si substrates is difficult due to the 4% lattice mismatch between the film and the substrate. Threading dislocations (TDs) introduced within the Ge layer have a detrimental effect on device performances. The goal of this research is to address the perennial need to minimize the defect density of Ge epilayers grown on a Si substrate. We seek to accommodate the effects of the lattice mismatch by introducing a porous Si interface layer to intercept dislocations and prevent them from reaching the active layers of the device. The porous Si layer is formed through dislocation-selective electrochemical deep etching and thermal annealing. The porous layer created beneath the top Ge layer can both act as dislocation traps and as a soft compliant substrate, which displays high flexibility. Transmission electron microscopy (TEM) analysis of the Ge/porous Si interface shows that the lattice mismatch strain of the Ge films was almost relaxed. The surface roughness of this modified Ge/Si substrate has been reduced using chemical mechanical polishing (CMP) process to fulfil the requirements for epitaxy of III-V alloys. Finally, we present simulation results exploring the effect of threading dislocations on device performance.
Published: 2019
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27. Bottom-up fabrication of InAs-on-nothing MOSFET using selective area molecular beam epitaxy

Author: T.A. Karatsori, David Troadec, M Fahed, N. Wichmann, Xavier Wallart, Alexandre Bucamp, Gerard Ghibaudo, A. Olivier, Sylvain Bollaert, Ludovic Desplanque, Ahmed Addad, M. Pastorek, Y. Lechaux, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Advanced NanOmeter DEvices - IEMN (ANODE - IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Institut de Microélectronique, Electromagnétisme et Photonique - Laboratoire d'Hyperfréquences et Caractérisation (IMEP-LAHC ), Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), EPItaxie et PHYsique des hétérostructures - IEMN (EPIPHY - IEMN), Laboratoire de structures et propriétés de l'état solide - UMR 8008 (LSPES), Université de Lille, Sciences et Technologies-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - IEMN), ANR-13-NANO-0001,MOSINAS,MOSFET à hétérostructure et film ultra mince d'InAs sur substrat silicium(2013), and Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF-IEMN)
Subjects: Materials science, Fabrication, MBE, Bioengineering, Drain-induced barrier lowering, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, Epitaxy, 01 natural sciences, law.invention, MOSFET, law, InAs, Lattice (order), General Materials Science, Electrical and Electronic Engineering, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Drain current, III-V, business.industry, Mechanical Engineering, Transistor, epitaxy, General Chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, 0104 chemical sciences, Mechanics of Materials, Optoelectronics, 0210 nano-technology, business, Molecular beam epitaxy
Abstract: International audience; In this paper we report on the fabrication and electrical characterization of InAs-on-nothing metal-oxide-semiconductor field-effect transistor composed of a suspended InAs channel and raised InAs n+ contacts. This architecture is obtained using 3D selective and localized molecular beam epitaxy on a lattice mismatched InP substrate. The suspended InAs channel and InAs n+ contacts feature a reproducible and uniform shape with well-defined 3D sidewalls. Devices with 1 μm gate length present a saturation drain current (I Dsat) of 300 mA mm−1 at V DS = 0.8 V and a trans-conductance (GM ) of 120 mS mm−1 at V DS = 0.5 V. In terms of electrostatic control, the devices display a minimal subthreshold swing of 110 mV dec−1 at V DS = 0.5 V and a small drain induced barrier lowering of 50 mV V−1.
Published: 2019
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28. A Comparative Investigation of Plasmonic Properties between Tunable Nanoobjects and Metallized Nanoprobes for Optical Spectroscopy

Author: De Bettignies, Gaëtan Lévêque, Joachim Schreiber, Marc Chaigneau, Steve Arscott, Thierry Melin, Patrick Hsia, Damien Eschimese, Dominique Deresmes, François Vaurette, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), HORIBA Scientific [France], Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF-IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Raman Division, HORIBA France SAS [Villeneuve d'Ascq], HORIBA Scientific [France]-HORIBA Scientific [France], Nano and Microsystems - IEMN (NAM6 - IEMN), Physique-IEMN (PHYSIQUE-IEMN), Renatech Network, ANR-16-CE09-0029,TIPTOP_1,Fabrication de leviers de microscopie à force atomique pour des applications de spectroscopie Raman à exaltation de pointe(2016), ANR-11-EQPX-0015,Excelsior,Centre expérimental pour l'étude des propriétés des nanodispositifs dans un large spectre du DC au moyen Infra-rouge.(2011), Physique - IEMN (PHYSIQUE - IEMN), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - IEMN), ACKNOWLEDGMENTSWe acknowledge fruitful discussions with P. Tilmant, C. Ha, and O. Kerivel. This work was performed by using the facilities of the ́French RENATECH network and of the ExCELSiOR Nano-science Characterization Center. We acknowledge financial support from the French Region Hauts de France under ́contracts DOS0025370/00 and 17007720 and from the National Research Agency (ANR) under contract ANR-16-CE09-0029. D.E. acknowledges financial support from the ANRT via a CIFRE grant no. 2015/0803., and RENATECH network
Subjects: Materials science, Physics::Optics, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, plasmonics, symbols.namesake, nano-antennas, Emission spectrum, Physical and Theoretical Chemistry, tip-enhanced optical spectroscopy, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Spectroscopy, Plasmon, Total internal reflection, atomic force microscopy, Scattering, business.industry, 021001 nanoscience & nanotechnology, 0104 chemical sciences, Surfaces, Coatings and Films, Electronic, Optical and Magnetic Materials, [CHIM.THEO]Chemical Sciences/Theoretical and/or physical chemistry, General Energy, Nanolithography, localized surface plasmons, symbols, Optoelectronics, nanofabrication, total-internal-reflection scattering spectroscopy, 0210 nano-technology, Raman spectroscopy, business, dark-field imaging, Localized surface plasmon
Abstract: International audience; In order to evaluate the optical efficiency of tip-based probes for future tip-enhanced optical spectroscopy applications, we developed an experimental setup based on the coupling of an achromatic inverted microscope equipped with a total internal reflection objective and an atomic force microscopy (AFM) head. This spectroscopic tool has been validated using individual nanofabricated antennas (gold nanodisks/nanocones) on a glass substrate which act as nanoresonators based on localized surface plasmons. Spectrally tunable transverse electric and magnetic plasmonic resonances are identified and are in excellent agreement with numerical calculations performed as a function of the nanoantenna geometry and size. We investigated a series of state-of-the-art gold-coated AFM probes, which are commonly used for tip-enhanced (Raman spectroscopy) optical experiments. Their scattering spectrum consists of resonances depending on the tip sharpness or granularity superimposed on a broad emission spectrum due to a semi-infinite metal layer acting as a nonresonant antenna. From the comparison between the plasmonic response of both types of optical antennas, a new generation of probes for tip-enhanced optical spectroscopy is proposed in which single plasmonic nanoantennas are engineered at the apex of a nonmetallic AFM tip. As from numerical simulation results, such tips would ensure a spectral tunability as a function of the material, size, and geometry, together with expected high enhancement factors. Such features would allow the design of spectrally tunable surface-enhanced Raman spectroscopy substrates and should be a reliable and efficient alternative to tips commonly used in tip-enhanced optical spectroscopy experiments such as tip-enhanced Raman spectroscopy.
Published: 2019
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29. Synthesis of T-Nb2O5 thin-films deposited by atomic layer deposition for miniaturized electrochemical energy storage devices

Author: Saliha Ouendi, Christophe Lethien, Pierre-Louis Taberna, Jean-Louis Codron, Florent Blanchard, Patrice Simon, Laurent Clavier, Xavier Wallart, Cassandra Arico, Pascal Roussel, Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF-IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC), Université de Lille, Circuits Systèmes Applications des Micro-ondes - IEMN (CSAM - IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Institut TELECOM/TELECOM Lille1, Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT), This research is financially supported by the ANR (Agence Nationale pour la Recherche) within the MINOTORES (MIcro-supercoNdensateur à porOsité contrôlée pour des applicaTions à fORte densité d’énErgie sur Substrat rigide et flexible) project (ANR-16-CE24-0012-01). The authors also want to thank the French network on electrochemical energy storage (RS2E, ANR Labex STORE_EX) for the financial support. The French RENATECH network is greatly acknowledged for the use of microfabrication facilities. Chevreul Institute (FR 2638), Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche, Région Hauts de France and FEDER are acknowledged for supporting and funding XRD facilities., Renatech Network, RS2E, ANR-16-CE24-0012,MINOTORES,MIcro-supercoNdensateur à porOsité contrôlée pour des applicaTions à fORte densité d'énErgie sur Substrat rigide et flexible(2016), ANR-10-LABX-0076,STORE-EX,Laboratory of excellency for electrochemical energy storage(2010), Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - IEMN), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT), EPItaxie et PHYsique des hétérostructures - IEMN (EPIPHY - IEMN), Centre for Digital Systems (CERI SN - IMT Nord Europe), Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Lille Douai (IMT Nord Europe), Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE), Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE), Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE), Réseau de stockage électrochimique de l’énergie - Energie RS2E (FRANCE), Université de Lille (FRANCE), Centre Interuniversitaire de Recherche et d'Ingénierie des Matériaux - CIRIMAT (Toulouse, France), and Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT (FRANCE)
Subjects: Fabrication, Materials science, Annealing (metallurgy), Matériaux, Energy Engineering and Power Technology, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, Atomic layer deposition, [SPI]Engineering Sciences [physics], General Materials Science, Wafer, Thin film, Nb2O5, Renewable Energy, Sustainability and the Environment, business.industry, Micro-devices, Surface capacity, 021001 nanoscience & nanotechnology, 0104 chemical sciences, Amorphous solid, Atomic Layer Deposition, Electrode, Optoelectronics, 0210 nano-technology, business, Capacity loss
Abstract: International audience; Atomic Layer Deposition has been used to grow 30 to 90 nm-thick amorphous Nb2O5 films onto Pt current collectors deposited on Si wafer. While T-Nb2O5 polymorph is obtained by further annealing at 750 °C, the film thickness and the resulting electrode areal capacity are successfully controlled by tuning the number of ALD cycles. The electrochemical analysis reveals a lithium ion intercalation redox mechanism in the T-Nb2O5 electrode. An electrode areal capacity of 8 µAh.cm-2 could be achieved at 1 C, with only 40% capacity loss at 30 C (2 minutes discharging time). This paper aims at demonstrating the use of Atomic Layer Deposition method in the fabrication of Nb205-based on-chip micro-devices for Internet of Things (IoT) applications.
Published: 2019
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30. 3D Patterning of Si by Contact Etching With Nanoporous Metals

Author: Stéphane Bastide, Mathieu Halbwax, Sylvain Le Gall, Dmitri Yarekha, Encarnacion Torralba, Elias Mpogui, Jean-Pierre Vilcot, Christine Cachet-Vivier, Vincent Magnin, Joseph Harari, Institut de Chimie et des Matériaux Paris-Est (ICMPE), Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie (IEMN) - UMR 8520 (IEMN), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Lille-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Ecole Centrale de Lille-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN), Laboratoire Génie électrique et électronique de Paris (GeePs), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU), ANR-14-CE07-0005,PATTERN,Structuration de surface du silicium par un procédé de gravure par contact utilisant des électrodes métalliques(2014), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-CentraleSupélec-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Optoélectronique - IEMN (OPTO - IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF-IEMN), and Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - IEMN)
Subjects: Materials science, Silicon, contact etching, chemistry.chemical_element, nanoporous gold, 02 engineering and technology, MACE, [CHIM.INOR]Chemical Sciences/Inorganic chemistry, 010402 general chemistry, Porous silicon, 01 natural sciences, lcsh:Chemistry, Sputtering, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Polarization (electrochemistry), ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, Original Research, patterning, business.industry, Nanoporous, silicon, General Chemistry, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Isotropic etching, 0104 chemical sciences, Chemistry, lcsh:QD1-999, chemistry, Electrode, Optoelectronics, imprinting, 0210 nano-technology, business, Platinum
Abstract: International audience; Nanoporous gold and platinum electrodes are used to pattern n-type silicon by contact etching at the macroscopic scale. This type of electrode has the advantage of forming nanocontacts between silicon, the metal and the electrolyte as in classical metal assisted chemical etching while ensuring electrolyte transport to and from the interface through the electrode. Nanoporous gold electrodes with two types of nanostructures, fine and coarse (average ligament widths of ∼30 and 100 nm, respectively) have been elaborated and tested. Patterns consisting in networks of square-based pyramids (10 ×10 µm 2 base × 7 µm height) and U-shaped lines (2, 5, and 10 µm width × 10 µm height × 4 µm interspacing) are imprinted by both electrochemical and chemical (HF-H 2 O 2) contact etching. A complete pattern transfer of pyramids is achieved with coarse nanoporous gold in both contact etching modes, at a rate of ∼0.35 µm min −1. Under the same etching conditions, U-shaped line were only partially imprinted. The surface state after imprinting presents various defects such as craters, pores or porous silicon. Small walls are sometimes obtained due to imprinting of the details of the coarse gold nanostructure. We establish that np-Au electrodes can be turned into "np-Pt" electrodes by simply sputtering a thin platinum layer (5 nm) on the etching (catalytic) side of the electrode. Imprinting with np Au/Pt slightly improves the pattern transfer resolution. 2D numerical simulations of the valence band modulation at the Au/Si/electrolyte interfaces are carried out to explain the localized aspect of contact etching of n-type silicon with gold and platinum and the different surface state obtained after patterning. They show that n-type silicon in contact with gold or platinum is in inversion regime, with holes under the metal (within 3 nm). Etching under moderate anodic polarization corresponds to a quasi 2D hole transfer over a few nanometers in the inversion layer between adjacent metal and electrolyte contacts and is therefore very localized around metal contacts.
Published: 2019
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31. AlGaN/GaN high electron mobility transistors on diamond substrate obtained through aluminum nitride bonding technology

Author: Jean-Guy Tartarin, Nicolas Defrance, Michel Rousseau, Yvon Cordier, Jean Claude De Jaeger, Pascal Tilmant, Marie Lesecq, Mahmoud Abou Daher, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Équipe Microondes et Opto-microondes pour Systèmes de Télécommunications (LAAS-MOST), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Puissance - IEMN (PUISSANCE - IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - IEMN), Centre de recherche sur l'hétéroepitaxie et ses applications (CRHEA), Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS), COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA), Renatech Network, Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF-IEMN), and Université Nice Sophia Antipolis (... - 2019) (UNS)
Subjects: Materials science, Silicon, chemistry.chemical_element, Context (language use), 02 engineering and technology, Substrate (electronics), Nitride, engineering.material, 7. Clean energy, 01 natural sciences, law.invention, law, 0103 physical sciences, Materials Chemistry, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Electrical and Electronic Engineering, Thin film, Instrumentation, 010302 applied physics, business.industry, Process Chemistry and Technology, Transistor, Diamond, 021001 nanoscience & nanotechnology, Radio frequency power transmission, Surfaces, Coatings and Films, Electronic, Optical and Magnetic Materials, chemistry, engineering, Optoelectronics, 0210 nano-technology, business
Abstract: International audience; Transfer technology is now becoming very attractive not only for new technologies such as flexible technology but also for solid state technologies when performances are limited by technological barriers that have to be overcome. In this last context, the transfer of high electron mobility transistors (HEMTs) on diamond substrates represents an opportunity to improve the thermal dissipation when the device operates at high radio frequency power levels. Up to now, the technological process for the transfer of these transistors is not detailed in the literature. In this article, the first demonstration of AlGaN/GaN HEMTs on diamond substrates by transfer technology obtained through sputtered aluminum nitride (AlN) layers bonding at low temperature is reported. Devices are first fabricated on AlGaN/GaN epilayers grown on silicon (Si) substrates. Afterward, AlGaN/GaN thin films with devices are released from the Si growth substrate and transferred at 160 °C onto a diamond substrate thanks to an AlN bonding layer. A full description of the transfer technology and all the technological limits and risks are presented. The transferred device provides a maximum DC drain current density IDS Max of 690 mA mm-1 at VGS = 0 V. Furthermore, a cutoff frequency fT of 85 GHz and a maximum oscillation frequency fMAX of 106 GHz are extracted from S-parameter measurements.
Published: 2020
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32. Precise tailoring of evaporated gold nanocones using electron beam lithography and lift-off

Author: Thierry Melin, Damien Eschimese, Steve Arscott, François Vaurette, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF-IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Physique-IEMN (PHYSIQUE-IEMN), Nano and Microsystems - IEMN (NAM6 - IEMN), Renatech Network, ANR-16-CE09-0029,TIPTOP_1,Fabrication de leviers de microscopie à force atomique pour des applications de spectroscopie Raman à exaltation de pointe(2016), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - IEMN), Physique - IEMN (PHYSIQUE - IEMN), Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie (IEMN) - UMR 8520 (IEMN), and Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Lille-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Ecole Centrale de Lille-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)
Subjects: Shadow mask, Materials science, Fabrication, Scanning electron microscope, Bioengineering, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, [SPI]Engineering Sciences [physics], General Materials Science, Wafer, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Electrical and Electronic Engineering, Lithography, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, business.industry, Mechanical Engineering, General Chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, 0104 chemical sciences, Nanolithography, Resist, Mechanics of Materials, Optoelectronics, 0210 nano-technology, business, Electron-beam lithography
Abstract: International audience; The ability to fabricate nanocones with precise dimensions is essential for several emerging applications. We demonstrate here a method which can be used to fabricate arrays of gold nanocones with high dimensional precision using lithographic and lift-off means. electron beam (ebeam) writing of a spin-coated PMMA-based bilayer resist deposited onto silicon wafers is used to form a shadow mask. This mask gradually closes as the deposition of gold (using ebeam evaporation) proceeds-the result is arrays of gold nanocones on the silicon wafer surface after lift-off of the resist. Observations using scanning electron microscopy enable a statistical study of the dimensions of 360 gold nanocones-the results demonstrate the high precision of the nanocones dimensions. The fabrication process enables the creation of arrays of nanocones with a base diameter varying from 53.6 ± 2.1 nm to 94.1 ± 2.4 nm, a vertical height ranging from 71.3 ± 4.1 nm to 153.4 ± 3.4 nm, and an apex radius of curvature ranging from 8.4 ± 1.2 nm to 11.6 ± 1.5 nm. The results are compared with the predictions of a deposition model which considers the evolving shadow masking during the gold deposition to compute the nanocone profile.
Published: 2020
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33. Device for light-matter interaction enhancement in the full THz range for precise spectroscopy of small volume samples

Author: Flavie Braud, Emmanuel Dubois, Romain Peretti, Emilien Peytavit, Jean-Francois Lampin, Sergey Mitryukovskiy, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Photonique THz - IEMN (PHOTONIQ THz - IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF-IEMN), Microélectronique Silicium - IEMN (MICROE SI - IEMN), Renatech Network, ANR-11-EQPX-0025,LEAF,Plateforme de traitement laser pour l'électronique flexible multifonctionnelle(2011), ANR-11-EQPX-0015,Excelsior,Centre expérimental pour l'étude des propriétés des nanodispositifs dans un large spectre du DC au moyen Infra-rouge.(2011), Photonique THz - IEMN (PHOTONIQUE THz - IEMN), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - IEMN), Microélectronique Silicium - IEMN (MICROELEC SI - IEMN), ACKNOWLEDGMENTSThis work was partially supported by: i) the international chair of excellence 'ThOTroV' from region 'Hauts-deFrance', ii) the welcome talent grant NeFiStoV from European metropole of Lille, iii) the French government through the National Research Agency (ANR) under program PIA EQUIPEX LEAF ANR-11-EQPX-0025 and ExCELSiOR ANR 11-EQPX-0015, and iv) the French RENATECH network on micro and nanotechnologies., Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie (IEMN) - UMR 8520 (IEMN), and Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Lille-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Ecole Centrale de Lille-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)
Subjects: Waveguide (electromagnetism), Materials science, Terahertz radiation, [PHYS.PHYS.PHYS-BIO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Biological Physics [physics.bio-ph], Refractive index, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, Absorption, [SPI]Engineering Sciences [physics], 0103 physical sciences, Dispersion (optics), [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, 010306 general physics, Absorption (electromagnetic radiation), Spectroscopy, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, [PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS]Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], business.industry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Broadband communication, Photonics, Broadband antennas, Volume (thermodynamics), [SPI.OPTI]Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, Optoelectronics, Powders, 0210 nano-technology, business
Abstract: International audience; We designed, fabricated, characterized and performed the first experimental uses of a device assembling a waveguide and two antennas. The goal of our device is to confine the broadband pulse of a time-domain spectroscopy setup in the slot of the waveguide with the minimum losses and dispersion and with the thinnest slot. With this device, we aimed at analysis a bio sample of the volume below 200 μ1.
Published: 2018
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34. Nano-structured top contact with low optical polarization dependence for THz generation using photodiodes

Author: Mohammed Zaknoune, C. Coinon, M. Billet, Emilien Peytavit, Sara Bretin, Xavier Wallart, Malek Zegaoui, J-F. Lampin, Guillaume Ducournau, François Vaurette, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Photonique THz - IEMN (PHOTONIQ THz - IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF-IEMN), Advanced NanOmeter DEvices - IEMN (ANODE - IEMN), DGA, Centre National de la Recherche Scientifique & European Commission, RENATECH Network, equipex FLUX project, Nord-Pas de Calais Regional councilRegion Hauts-de-France, FEDER through the CPER Photonics for Society, University of Lille, equipex ExCELSiOR project, Renatech Network, ANR-13-INFR-0011,COM'TONIQ,COMmunications quasi-optiques ultra-haut débit à base de phoTONIQue(2013), ANR-11-EQPX-0015,Excelsior,Centre expérimental pour l'étude des propriétés des nanodispositifs dans un large spectre du DC au moyen Infra-rouge.(2011), Photonique THz - IEMN (PHOTONIQUE THz - IEMN), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - IEMN), and EPItaxie et PHYsique des hétérostructures - IEMN (EPIPHY - IEMN)
Subjects: Optical fiber, Materials science, business.industry, Terahertz radiation, Optical power, Optical polarization, 7. Clean energy, law.invention, Photodiode, [SPI]Engineering Sciences [physics], law, Nano, Optoelectronics, Radio frequency, business, Sensitivity (electronics)
Abstract: International audience; Uni-travelling carrier photodiode (UTC-PD) with different top optical and electrical accesses are proposed towards optical polarization sensitivity reduction. With the optimized structure, only 1 percent dependence in optical polarization is obtained while ensuring good RF access. Measurements up to 110 GHz are presented at -1V bias and 25.3 mW optical power.
Published: 2018
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35. In-plane InSb nanowires grown by selective area molecular beam epitaxy on semi-insulating substrate

Author: David Troadec, Gilles Patriarche, A. Bucamp, Xavier Wallart, Ludovic Desplanque, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF-IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Laboratoire de photonique et de nanostructures (LPN), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), EPItaxie et PHYsique des hétérostructures - IEMN (EPIPHY - IEMN), and Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - IEMN)
Subjects: Nanostructure, Fabrication, Materials science, Nanowire, Field effect, Bioengineering, 02 engineering and technology, Substrate (electronics), 01 natural sciences, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, [SPI]Engineering Sciences [physics], 0103 physical sciences, General Materials Science, Electrical and Electronic Engineering, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, 010302 applied physics, business.industry, Mechanical Engineering, General Chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Mechanics of Materials, Transmission electron microscopy, Optoelectronics, 0210 nano-technology, business, Layer (electronics), Molecular beam epitaxy
Abstract: In-plane InSb nanostructures are grown on a semi-insulating GaAs substrate using an AlGaSb buffer layer covered with a patterned SiO2 mask and selective area molecular beam epitaxy. The shape of these nanostructures is defined by the aperture in the silicon dioxide layer used as a selective mask thanks to the use of an atomic hydrogen flux during the growth. Transmission electron microscopy reveals that the mismatch accommodation between InSb and GaAs is obtained in two steps via the formation of an array of misfit dislocations both at the AlGaSb buffer layer/GaAs and at the InSb nanostructures/AlGaSb interfaces. Several micron long in-plane nanowires (NWs) can be achieved as well as more complex nanostructures such as branched NWs. The electrical properties of the material are investigated by the characterization of an InSb NW MOSFET down to 77 K. The resulting room temperature field effect mobility values are comparable with those reported on back-gated MOSFETs based on InSb NWs obtained by vapor liquid solid growth or electrodeposition. This growth method paves the way to the fabrication of complex InSb-based nanostructures.
Published: 2018
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36. Local Schottky contacts of embedded Ag nanoparticles in Al 2 O 3 /SiN x :H stacks on Si: a design to enhance field effect passivation of Si junctions

Author: Tao Xu, Fabrice Gourbilleau, Remy Bernard, D Yarekha, Xavier Portier, O Ibrahim Elmi, E Okada, S Ouendi, M Y Chen, Bin Wei, Odile Cristini-Robbe, Didier Stiévenard, Virologie et pathogenèse virale (VPV), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Département d'Astrophysique, de physique des Particules, de physique Nucléaire et de l'Instrumentation Associée (DAPNIA), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie (IEMN) - UMR 8520 (IEMN), Ecole Centrale de Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Centre de recherche sur les Ions, les MAtériaux et la Photonique (CIMAP - UMR 6252), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN), Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Caen Normandie (UNICAEN), Normandie Université (NU), NINGBO UNIVERSITY, Ningbo University, Université de Djibouti, Laboratoire de Physique des Lasers, Atomes et Molécules - UMR 8523 (PhLAM), Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Key Laboratory of Advanced Display and System applications, Shanghai University, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Plateforme de Caractérisation Multi-Physiques - IEMN (PCMP - IEMN), Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA), Université catholique de Lille (UCL)-Université catholique de Lille (UCL)-Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA), Université catholique de Lille (UCL)-Université catholique de Lille (UCL), Université de Caen Normandie (UNICAEN), Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN), Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche sur les Matériaux Avancés (IRMA), Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN), Normandie Université (NU)-Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (INSA Rouen Normandie), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Physique - IEMN (PHYSIQUE - IEMN), ANR-11-EQPX-0020,GENESIS,Groupe d'Etudes et de Nanoanalyses des Effets d'IrradiationS(2011), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF-IEMN), Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA)-Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA), and Physique-IEMN (PHYSIQUE-IEMN)
Subjects: silver nanoparticles, Materials science, Passivation, Field effect, Nanoparticle, Bioengineering, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, FDTD simulation, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, [PHYS.PHYS.PHYS-COMP-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Computational Physics [physics.comp-ph], 0103 physical sciences, General Materials Science, Electrical and Electronic Engineering, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, 010302 applied physics, Photocurrent, [PHYS.PHYS.PHYS-OPTICS]Physics [physics]/Physics [physics]/Optics [physics.optics], business.industry, Mechanical Engineering, Schottky diode, General Chemistry, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Evaporation (deposition), [SPI.ELEC]Engineering Sciences [physics]/Electromagnetism, Mechanics of Materials, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], [SPI.OPTI]Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, Nanosphere lithography, Optoelectronics, Al 2 O 3 /SiN x stacks, Electric current, field effect passivation, 0210 nano-technology, business
Abstract: International audience; This paper describes an original design leading to the field effect passivation of Si n +-p junctions. Ordered Ag nanoparticle (Ag-NP) arrays with optimal size and coverage fabricated by means of nanosphere lithography and thermal evaporation, were embedded in ultrathin-Al 2 O 3 /SiN x :H stacks on the top of implanted Si n +-p junctions, to achieve effective surface passivation. One way to characterize surface passivation is to use photocurrent, sensitive to recombination centers. We evidenced an improvement of photocurrent by a factor of 5 with the presence of Ag NPs. Finite-difference time-domain (FDTD) simulations combining with semi-quantitative calculations demonstrated that such gain was mainly due to the enhanced field effect passivation through the depleted region associated with the Ag-NPs/Si Schottky contacts.
Published: 2018
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37. Indoor 100 Gbit/s THz data link in the 300 GHz band using fast photodiodes

Author: Pascal Szriftgiser, Christophe Coinon, Mohammed Zaknoune, Guillaume Ducournau, M. Zezaoui, E. Pevtavit, V.K. Chinni, Xavier Wallart, J.F. Larnpin, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF-IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Photonique THz - IEMN (PHOTONIQ THz - IEMN), Laboratoire de Physique des Lasers, Atomes et Molécules - UMR 8523 (PhLAM), Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Advanced NanOmeter DEvices - IEMN (ANODE - IEMN), Renatech Network, ANR-11-EQPX-0015,Excelsior,Centre expérimental pour l'étude des propriétés des nanodispositifs dans un large spectre du DC au moyen Infra-rouge.(2011), EPItaxie et PHYsique des hétérostructures - IEMN (EPIPHY - IEMN), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - IEMN), Photonique THz - IEMN (PHOTONIQUE THz - IEMN), and ACKNOWLEDGMENTThis work was supported by Equipex programs ‘FLUX’, ‘EXCELSIOR’, ANR ‘COM’TONIQ’, Era-net ‘TERALINKS’, ANR-DFG ‘TERASONIC’ projects. Part of the work was realized under an academic collaboration with Tektronix. In particular, a 50GS/s arbitrary waveform generator (Tektronix AWG70001A)' and „200GS/s real-time oscilloscope (Tektronix DPO77002SX) were used. We also thank the IEMN, characterization centre, IEMNIRCICA Telecom platform facilities. This work is supported by the CPER ‘Photonics for society’, and contribute the 'digital world' Hub 3 of the I-Site Université de Lille Nord de France.
Subjects: Optical amplifier, Physics, business.industry, Terahertz radiation, 05 social sciences, 050209 industrial relations, Communications system, 300 GHz band, Photodiode, law.invention, Data link, [SPI]Engineering Sciences [physics], photodiodes, Gigabit, law, 0502 economics and business, Range (statistics), Optoelectronics, Wireless, business, 050203 business & management, THz communications
Abstract: International audience; This paper presents recent achievements towards 100 Gbit/s data links for future 300 GHz communication systems with the new IEEE 802.15.3d standard. Resonant photodiodes structures, and their application for QAM-16 data links in the THz range are shown in indoor scenario.
Published: 2018
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38. Single-channel 100 Gbit/s transmission using III–V UTC-PDs for future IEEE 802.15.3d wireless links in the 300 GHz band

Author: Xavier Wallart, V.K. Chinni, Mohammed Zaknoune, J.-F. Lampin, Klaus M. Engenhardt, Pascal Szriftgiser, C. Coinon, Guillaume Ducournau, Emilien Peytavit, M. Zégaoui, P. Latzel, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF-IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Photonique THz - IEMN (PHOTONIQ THz - IEMN), Laboratoire de Physique des Lasers, Atomes et Molécules - UMR 8523 (PhLAM), Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Advanced NanOmeter DEvices - IEMN (ANODE - IEMN), EPItaxie et PHYsique des hétérostructures - IEMN (EPIPHY - IEMN), Photonique THz - IEMN (PHOTONIQUE THz - IEMN), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - IEMN), and ANR-17-CE24-0044,TERASONIC,Transmissions TERAhertz combinant électronique état SOlide et photoNIQue(2017)
Subjects: Computer science, business.industry, 020208 electrical & electronic engineering, Electrical engineering, 020206 networking & telecommunications, 02 engineering and technology, Photodiode, law.invention, Transmission (telecommunications), Modulation, law, Gigabit, 0202 electrical engineering, electronic engineering, information engineering, Wireless, Channel (broadcasting), Electrical and Electronic Engineering, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, business, Quadrature amplitude modulation, IEEE 802.15, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract: International audience; The achievement of single-channel 100 Gbit/s transmission, using linear unitravelling carrier photodiodes and QAM-16 modulation format is reported. The wireless link has been done in the indoor case, considering the recent frequency standardised 300 GHz bands.
Published: 2018
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39. Transport mechanisms in a puckered graphene-on-lattice

Author: François Vaurette, D. Vignaud, Jean-Francois Lampin, Maxime Berthe, O. Lancry, Tao Xu, Bin Wei, Jimmy Xu, S. Eliet, Damien Eschimese, Bruno Grandidier, Wei Wei, Elisabeth Galopin, Henri Happy, Emiliano Pallecchi, A. Díaz Álvarez, D. Desremes, University of Shanghai [Shanghai], Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Physique - IEMN (PHYSIQUE - IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Carbon - IEMN (CARBON - IEMN), Laboratoire Avancé de Spectroscopie pour les Intéractions la Réactivité et l'Environnement - UMR 8516 (LASIRE), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - IEMN), Northwestern Polytechnical University [Xi'an] (NPU), Transduction, Propagation et Imagerie Acoustique - IEMN (TPIA - IEMN), Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - Département Opto-Acousto-Électronique - UMR 8520 (IEMN-DOAE), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Photonique THz - IEMN (PHOTONIQUE THz - IEMN), EPItaxie et PHYsique des hétérostructures - IEMN (EPIPHY - IEMN), AcknowledgementsWe thank C. Delerue, D. Stiévenard and L. Wirtz for fruitful discussions. This study was financially supported by the European Community's Seventh Framework Program (Grant No. PITN-GA-2012-316751, 'Nanoembrace' Project), the EQUIPEX program Excelsior (Grant No. ANR-11-EQPX-0015), and the RENATECH network. T. Xu acknowledges the supports of the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 61775130) and of the Region Nord-Pas-de-Calais (Grant No. 2013_11806). J. Xu acknowledges the financial support of the University of Lille., Renatech Network, ANR-11-EQPX-0015,Excelsior,Centre expérimental pour l'étude des propriétés des nanodispositifs dans un large spectre du DC au moyen Infra-rouge.(2011), European Project: 316751,EC:FP7:PEOPLE,FP7-PEOPLE-2012-ITN,NANOEMBRACE(2013), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centrale Lille Institut (CLIL), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF-IEMN), Photonique THz - IEMN (PHOTONIQ THz - IEMN), Carbon-IEMN (CARBON-IEMN), and Physique-IEMN (PHYSIQUE-IEMN)
Subjects: [PHYS]Physics [physics], Materials science, Graphene, business.industry, Compliant substrate, 02 engineering and technology, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, law.invention, Graphene monolayer, [SPI]Engineering Sciences [physics], Electrical transport, Electrical resistivity and conductivity, law, Lattice (order), 0103 physical sciences, Optoelectronics, [CHIM]Chemical Sciences, General Materials Science, [NLIN]Nonlinear Sciences [physics], 010306 general physics, 0210 nano-technology, business, Nanoscopic scale, Nanopillar
Abstract: International audience; Understanding the fundamental properties of graphene when its topography is patterned by the use of a compliant substrate is essential to improve the performances of graphene sensors. Here we suspend a graphene monolayer on SiO2 nanopillar arrays to form a puckered graphene-on-lattice and investigate the strain and electrical transport at the nanoscale. Despite a nonuniform strain in the graphene-on-lattice, the resistivity is governed by thermally activated transport and not the strain. We show that the high thermal activation energy results from a low charge carrier density and a periodic change of the chemical potential induced by the interaction of the graphene monolayer with the nanopillars, making the use of graphene-on-lattice attractive to further increase the electrical response of graphene sensors.
Published: 2018
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40. Broadband Terahertz Light-Matter Interaction Enhancement for Precise Spectroscopy of Thin Films and Micro-Samples

Author: Flavie Braud, Jean-Francois Lampin, Emilien Peytavit, Emmanuel Dubois, Romain Peretti, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Photonique THz - IEMN (PHOTONIQ THz - IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF-IEMN), Microélectronique Silicium - IEMN (MICROE SI - IEMN), Renatech Network, ANR-11-EQPX-0025,LEAF,Plateforme de traitement laser pour l'électronique flexible multifonctionnelle(2011), ANR-11-EQPX-0015,Excelsior,Centre expérimental pour l'étude des propriétés des nanodispositifs dans un large spectre du DC au moyen Infra-rouge.(2011), Photonique THz - IEMN (PHOTONIQUE THz - IEMN), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - IEMN), and Microélectronique Silicium - IEMN (MICROELEC SI - IEMN)
Subjects: Materials science, Terahertz radiation, Infrared, business.industry, 02 engineering and technology, 021001 nanoscience & nanotechnology, biophotonic, terahertz, time domain spectroscopy, absorption enhancement, laser cutting, 01 natural sciences, optics, Atomic and Molecular Physics, and Optics, Characterization (materials science), Terahertz spectroscopy and technology, 010309 optics, Wavelength, 0103 physical sciences, Optoelectronics, Radiology, Nuclear Medicine and imaging, [SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics, Thin film, 0210 nano-technology, Spectroscopy, Absorption (electromagnetic radiation), business, Instrumentation
Abstract: International audience; In biology, molecules and macromolecules such as sugars, proteins, DNA, RNA, etc., are of utmost importance. Detecting their presence as well as getting information on their actual structure is still a challenge in many cases. The vibrational states of such molecules correspond to a spectral range extending from infrared to terahertz. Spectroscopy is used for the detection and the identification of such compounds and their structure. Terahertz spectroscopy of a biosample is challenging for two main reasons: the high terahertz absorption by water molecules in the sample; and the small size of the sample - its volume is usually smaller than the cube of the terahertz wavelength, thus the light-matter interaction is extremely reduced. In this paper, we present the design, fabrication, characterization, and first typical use of a biophotonic device that aims to increase the light?matter interaction to enable terahertz spectroscopy of very small samples over a broad band (0.2-2 THz). Finally, we demonstrate the validity of our approach by time-domain spectroscopy of samples of a few µL.
Published: 2018
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41. Magnetoplasmonic nanograting geometry enables optical nonreciprocity sign control

Author: J. Ben Youssef, Kamil Postava, Mathias Vanwolleghem, Jaromír Pištora, François Vaurette, Lukáš Halagačka, Beatrice Dagens, Technical University of Ostrava [Ostrava] (VSB), Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Photonique THz - IEMN (PHOTONIQ THz - IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF-IEMN), Laboratoire des sciences et techniques de l'information, de la communication et de la connaissance (Lab-STICC), École Nationale d'Ingénieurs de Brest (ENIB)-Université de Bretagne Sud (UBS)-Université de Brest (UBO)-École Nationale Supérieure de Techniques Avancées Bretagne (ENSTA Bretagne)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Bretagne Loire (UBL)-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT), Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies [Orsay] (C2N), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), This work was supported by the European Regional Development Fund in the IT4Innovations national supercomputing center -path to exascale project, CZ.02.1.01/0.0/0.0/16_013/0001791 within the Operational Programme Research, Development and Education. The authors gratefully acknowledge the support by the French RENATECH network and by the Grant Agency of the Czech Republic (Project 18-22102S)., Renatech Network, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 [IEMN], Photonique THz - IEMN [PHOTONIQUE THz - IEMN], Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN [CMNF - IEMN], Laboratoire de magnétisme de Bretagne [LMB], Institut d'électronique fondamentale [IEF], Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie (IEMN) - UMR 8520 (IEMN), Ecole Centrale de Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Ecole Centrale de Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Ecole Centrale de Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Laboratoire de magnétisme de Bretagne (LMB), Université de Brest (UBO)-Institut Brestois du Numérique et des Mathématiques (IBNM), Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Department of Physics and Nanotechnology Centre, Institut d'électronique fondamentale (IEF), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Photonique THz - IEMN (PHOTONIQUE THz - IEMN), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - IEMN), and École Nationale d'Ingénieurs de Brest (ENIB)-Université de Bretagne Sud (UBS)-Université de Brest (UBO)-École Nationale Supérieure de Techniques Avancées Bretagne (ENSTA Bretagne)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Bretagne Loire (UBL)-IMT Atlantique (IMT Atlantique)
Subjects: Kerr effect, Materials science, business.industry, 02 engineering and technology, Substrate (electronics), Grating, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, Atomic and Molecular Physics, and Optics, 010309 optics, Wavelength, [SPI]Engineering Sciences [physics], Reflection (mathematics), Optics, Ellipsometry, 0103 physical sciences, [SPI.OPTI]Engineering Sciences [physics]/Optics / Photonic, Mueller calculus, 0210 nano-technology, business, Phase conjugation, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract: We experimentally demonstrate a disruptive approach to control magnetooptical nonreciprocal effects. It has been known that the combination of a magneto-optically (MO) active substrate and extraordinary transmission (EOT) effects through deep-subwavelength nanoslits of a noble metal grating, leads to giant enhancements of the magnitude of the MO effects that would normally be obtained on just the bar substrate. This was demonstrated both in the transmission configuration, where the OET is directly observed, as well as in reflection configuration, where an increase of a transmitted power results in a decrease in reflected power. We show here that even more than just an enhancement, the MO effects can also undergo a sign reversal by achieving a hybridization of the different types of resonances at play in these EOT nanogratings. By tuning the geometrical profile of the grating's slits, one can engineer - for a fixed wavelength and fixed magnetization - the transverse MO Kerr effect (TMOKE) reflectivity of such a magnetoplasmonic system to be enhanced, extinguished or inversely enhanced. We have fabricated gold gratings with varying nanoslit widths on a Bi-substituted gadolinium iron garnet and experimentally confirmed such a behavior using a customized magneto-optic Mueller matrix ellipsometer. This demonstration allows new design paradigms for integrated nonreciprocal circuits and biochemical sensors with increased sensitivity and reduced footprint. Web of Science 26 24 31566 31554
Published: 2018
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42. [Invited]

Author: Christophe Boyaval, K. Daffe, Olaf C. Haenssler, Gilles Dambrine, Kamel Haddadi, Didier Theron, S. Eliet, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Circuits Systèmes Applications des Micro-ondes - IEMN (CSAM - IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Institut TELECOM/TELECOM Lille1, Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT), Plateforme de Caractérisation Multi-Physiques - IEMN (PCMP - IEMN), Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA), Université catholique de Lille (UCL)-Université catholique de Lille (UCL)-Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA), Université catholique de Lille (UCL)-Université catholique de Lille (UCL), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Nano and Microsystems - IEMN (NAM6 - IEMN), Advanced NanOmeter DEvices - IEMN (ANODE - IEMN), Renatech Network, ANR-11-EQPX-0015,Excelsior,Centre expérimental pour l'étude des propriétés des nanodispositifs dans un large spectre du DC au moyen Infra-rouge.(2011), Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA)-Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA), and Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF-IEMN)
Subjects: Materials science, Microscope, Scanning electron microscope, business.industry, Resolution (electron density), 020206 networking & telecommunications, 02 engineering and technology, law.invention, Characterization (materials science), [SPI]Engineering Sciences [physics], Microwave imaging, law, 0202 electrical engineering, electronic engineering, information engineering, Optoelectronics, Electron microscope, business, Image resolution, Microwave
Abstract: International audience; A novel toolbox for hybrid nanoscale material characterization is presented. The system consists of a nano-robotic, compact and modular near-field scanning microwave microscope (NSMM) integrated into a high resolution scanning electron microscope (SEM). The instrument developed can perform hybrid characterizations by providing simultaneously atomic force, complex microwave impedance and electron microscopy images of material samples with nanometer spatial resolution. By combining the measured data, the system offers unprecedentable capabilities for tackling the issue between spatial resolution and high frequency quantitative measurements.
Published: 2017
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43. Near-Field Scanning Millimeter-wave Microscope Combined with a Scanning Electron Microscope

Author: Kamel Haddadi, Didier Theron, Olaf C. Haenssler, Gilles Dambrine, Christophe Boyaval, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Advanced NanOmeter DEvices - IEMN (ANODE - IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Circuits Systèmes Applications des Micro-ondes - IEMN (CSAM - IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Institut TELECOM/TELECOM Lille1, Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - IEMN), Nano and Microsystems - IEMN (NAM6 - IEMN), Renatech Network, ANR-11-EQPX-0015,Excelsior,Centre expérimental pour l'étude des propriétés des nanodispositifs dans un large spectre du DC au moyen Infra-rouge.(2011), and Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF-IEMN)
Subjects: Conventional transmission electron microscope, Scanning Hall probe microscope, Microscope, Atomic de Broglie microscope, Materials science, business.industry, 020208 electrical & electronic engineering, Scanning confocal electron microscopy, 020206 networking & telecommunications, 02 engineering and technology, law.invention, Scanning probe microscopy, [SPI]Engineering Sciences [physics], Optics, law, 0202 electrical engineering, electronic engineering, information engineering, Electron beam-induced deposition, business, Environmental scanning electron microscope
Abstract: International audience; The design, fabrication and experimental validation of a novel near-field scanning millimeter-wave microscope (NSMM) built inside a scanning electron microscope (SEM) is presented. The instrument developed can perform hybrid characterizations by providing simultaneously atomic force, complex microwave impedance and electron microscopy images of a sample with nanometer spatial resolution. By combining the measured data, the system offers unprecedentable capabilities for tackling the issue between spatial resolution and high frequency quantitative measurements.
Published: 2017

44. Development of a Reference Wafer for On-Wafer Testing of Extreme Impedance Devices

Author: I. Roch-Jeune, Chong Li, Haris Votsi, Peter H. Aaen, Kamel Haddadi, Nick M. Ridler, Gilles Dambrine, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF-IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Circuits Systèmes Applications des Micro-ondes - IEMN (CSAM - IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Institut TELECOM/TELECOM Lille1, Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT), Advanced NanOmeter DEvices - IEMN (ANODE - IEMN), Renatech Network, ANR-11-EQPX-0015,Excelsior,Centre expérimental pour l'étude des propriétés des nanodispositifs dans un large spectre du DC au moyen Infra-rouge.(2011), and Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - IEMN)
Subjects: Materials science, Fabrication, Electromagnetics, business.industry, Impedance matching, Electrical engineering, 020206 networking & telecommunications, 02 engineering and technology, Substrate (printing), Hardware_PERFORMANCEANDRELIABILITY, 021001 nanoscience & nanotechnology, [SPI]Engineering Sciences [physics], 0202 electrical engineering, electronic engineering, information engineering, Calibration, Hardware_INTEGRATEDCIRCUITS, Optoelectronics, Wafer testing, Wafer, 0210 nano-technology, business, Electrical impedance
Abstract: International audience; This paper describes the design, fabrication, and testing of an on-wafer substrate that has been developed specifically for measuring extreme impedance devices using an on-wafer probe station. Such devices include carbon nano-tubes (CNTs) and structures based on graphene which possess impedances in the k Omega range and are generally realised on the nano-scale rather than the micro-scale that is used for conventional onwafer measurement. These impedances are far removed from the conventional 50-Omega reference impedance of the test equipment. The on-wafer substrate includes methods for transforming from the micro-scale towards the nano-scale and reference standards to enable calibrations for extreme impedance devices. The paper includes typical results obtained from the designed wafer.
Published: 2017
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45. High performance heterostructure low barrier diodes for sub-THz detection

Author: Nicolas Vellas, Xavier Wallart, Christophe Coinon, Florent Gamand, Mohammed Zaknoune, Emilien Peytavit, Guillaume Ducournau, Christophe Gaquiere, Nicolas Thouvenin, M. Werquin, S. Nadar, Jean-Francois Lampin, Maxime Thirault, Sylvain Jonniau, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Advanced NanOmeter DEvices - IEMN (ANODE - IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), EPItaxie et PHYsique des hétérostructures - IEMN (EPIPHY - IEMN), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - IEMN), Photonique THz - IEMN (PHOTONIQUE THz - IEMN), Puissance - IEMN (PUISSANCE - IEMN), Agence Nationale de la RechercheFrench National Research Agency (ANR)European Commission [ANR-13-SECU-0004-01], French National Nanofabrication Network RENATECH, Region Hauts-de-FranceRegion Hauts-de-France, Renatech Network, ANR-11-EQPX-0015,Excelsior,Centre expérimental pour l'étude des propriétés des nanodispositifs dans un large spectre du DC au moyen Infra-rouge.(2011), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF-IEMN), and Photonique THz - IEMN (PHOTONIQ THz - IEMN)
Subjects: 010302 applied physics, Radiation, Materials science, semiconductor diodes, business.industry, Dynamic range, Terahertz radiation, Bandwidth (signal processing), Detector, Semiconductor detectors, 020206 networking & telecommunications, Heterojunction, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, Low noise, Responsivity, [SPI]Engineering Sciences [physics], 0103 physical sciences, 0202 electrical engineering, electronic engineering, information engineering, Optoelectronics, Electrical and Electronic Engineering, business, submillimeter wave integrated circuits, terahertz (THz) radiation, Diode
Abstract: International audience; Heterostructure low barrier diodes (HLBD) based on lattice-matched AlGaInAs triangular barrier have been designed, fabricated, and characterized for zero-bias millimeter-wave and submillimeter-wave detection. Detectors with different barrier height and various active areas have been measured in order to determine the best structure for low-level radiometric detection. Unmatched responsivity of 1500-2000 V/W have been measured around 100 GHz with a video resistance of 400 to 800 O. Thanks to these low-impedances high-matched responsivity of 6000 and 5200 V/W have been demonstrated around 90 and 180 GHz, respectively, with a bandwidth of 25 GHz. Avery lownoise equivalent power of about 0.6 and 0.7 pW/root Hz have been deduced at 90 and 180 GHz, respectively. We show also that the dynamic range of these detectors is more than six decades. This performance makes the HLBD an interesting device for low-level sub-THz detection applications.
Published: 2017
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46. Synthesis and characterization of low work function alkali oxide thin films for unconventional thermionic energy converters

Author: François Morini, V. Giorgis, J.-L. Codron, Jean-François Robillard, Emmanuel Dubois, Xavier Wallart, T. Zhu, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), GREMAN (matériaux, microélectronique, acoustique et nanotechnologies) (GREMAN - UMR 7347), Institut National des Sciences Appliquées - Centre Val de Loire (INSA CVL), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Tours-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Microélectronique Silicium - IEMN (MICROE SI - IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), EPItaxie et PHYsique des hétérostructures - IEMN (EPIPHY - IEMN), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF-IEMN), European Research Council under the European Community ERCEuropean Research Council (ERC) [338179], French RENATECH network, STMicroelectronics-IEMN Common Laboratory, Laboratoire commun STMicroelectronics-IEMN T4, Renatech Network, European Project: 338179,EC:FP7:ERC,ERC-2013-StG,UPTEG(2013), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Tours (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Tours (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Centre Val de Loire (INSA CVL), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Microélectronique Silicium - IEMN (MICROELEC SI - IEMN), and Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - IEMN)
Subjects: Materials science, Ultra-high vacuum, Analytical chemistry, Oxide, General Physics and Astronomy, chemistry.chemical_element, Thermionic emission, 02 engineering and technology, 7. Clean energy, 01 natural sciences, chemistry.chemical_compound, [SPI]Engineering Sciences [physics], X-ray photoelectron spectroscopy, 0103 physical sciences, Work function, Thin film, 010302 applied physics, business.industry, 021001 nanoscience & nanotechnology, chemistry, Caesium, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], Optoelectronics, 0210 nano-technology, business, Current density
Abstract: International audience; In this work, we present the synthesis and the characterization of low work function thin films for Micro Thermionic Converters (MTC). The objective is producing a device operating at relatively low temperature (< 1000 K). We aim at improving the MTC efficiency by reducing the work function of the electrodes and increasing the emitted current density by alkali metal oxides electrodes coating. In particular, in this work, we analyse and compare the performances of two alkali metal oxides: potassium and caesium oxides. Our choice to exploit those materials relies on their low work function and their abundance. For both materials, we present the results on the synthesis of the oxides under high vacuum and controlled temperature. The oxide thin films were characterized by X-ray photoelectron spectroscopy, photoemission, and thermionic emission measurements. By exploiting the latter technique, a quantitative evaluation of the current density, emitted by the heated oxides, is obtained as a function of temperature. Our results demonstrate that it is possible to decrease the silicon work function by almost 3 eV, enabling significant thermionic currents despite relatively low temperatures (below 850 K). Published by AIP Publishing.
Published: 2016
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47. Sub-THz zero-bias detector with high performances based on heterostructure low barrier diode (HLBD)

Author: N. Vellas, M. Werquin, F. Gamand, J.F. Lampin, Mohammed Zaknoune, Christophe Coinon, Xavier Wallart, M. Thirault, Christophe Gaquiere, Guillaume Ducournau, S. Nadar, S. Jonniau, Nicolas Thouvenin, Emilien Peytavit, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Advanced NanOmeter DEvices - IEMN (ANODE - IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Photonique THz - IEMN (PHOTONIQ THz - IEMN), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF-IEMN), Puissance - IEMN (PUISSANCE - IEMN), Photonique THz - IEMN (PHOTONIQUE THz - IEMN), and Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - IEMN)
Subjects: 010302 applied physics, Materials science, business.industry, Detector, Schottky diode, Heterojunction, 02 engineering and technology, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, Cutoff frequency, Responsivity, [SPI]Engineering Sciences [physics], 0103 physical sciences, Optoelectronics, 0210 nano-technology, business, Noise-equivalent power, Microwave, Diode
Abstract: International audience; Heterostructure low barrier diode (HLBD) based on AlGaInAs has been designed, fabricated and characterized for zero-bias millimetre-wave detection. Detectors with different heterostructures and various active areas have been tested in order to optimize their characteristics for low-level radiometric detection. We have measured the microwave performances of HLBD from DC to 220 GHz. A responsivity of 1700 V/W for unmatched diodes with a very low differential resistance of 256 Omega has been measured. A noise equivalent power (NEP) of about 1.3 pW/Hz(1/2) was then deduced. These performances make our diode easy to matched with 50 Omega circuits and particularly interesting for low-level sub-THz detection applications.
Published: 2016
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48. Contact resistance study of 'edge-contacted' metal-graphene interfaces

Author: Satender Kataria, Emiliano Pallecchi, Amit Gahoi, Jasper Ruhkopf, Henri Happy, Max C. Lemme, François Vaurette, Vikram Passi, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF-IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Renatech Network, and Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - IEMN)
Subjects: 010302 applied physics, Fabrication, Materials science, business.industry, Graphene, Contact resistance, Dirac point, Nanotechnology, 02 engineering and technology, Edge (geometry), Parameter space, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, law.invention, Metal, [SPI]Engineering Sciences [physics], law, visual_art, 0103 physical sciences, visual_art.visual_art_medium, Optoelectronics, Point (geometry), 0210 nano-technology, business
Abstract: 2016 46th European Solid-State Device Research Conference (ESSDERC) : 12-15 Sept. 2016 / [organizers and partner institutions: École Polytechnique Fédérale de Lausanne [und 6 andere] 46th European Solid-State Device Research Conference, ESSDERC 2016, Lausanne, Switzerland, 12 Sep 2016 - 15 Sep 2016; [Piscataway, NJ] : IEEE 7599629, 236-239 (2016). doi:10.1109/ESSDERC.2016.7599629, Published by IEEE, [Piscataway, NJ]
Published: 2016
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49. Physical study by surface characterizations of sarin sensor on the basis of chemically functionalized silicon nanoribbon field effect transistor

Author: Kacem Smaali, Stéphane Lenfant, Thierry Melin, Emmanuel Dubois, D. Guerin, Jean-Pierre Simonato, Dominique Vuillaume, V. Passi, Alexandre Carella, L. Ordronneau, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Centre de Développement des Technologies Avancées (CDTA), Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF-IEMN), Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-Centrale Lille-Institut supérieur de l'électronique et du numérique (ISEN)-Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis (UVHC)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), Département des Technologies des NanoMatériaux (DTNM), Laboratoire d'Innovation pour les Technologies des Energies Nouvelles et les nanomatériaux (LITEN), Institut National de L'Energie Solaire (INES), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de L'Energie Solaire (INES), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Physique-IEMN (PHYSIQUE-IEMN), Microélectronique Silicium - IEMN (MICROE SI - IEMN), Nanostructures, nanoComponents & Molecules - IEMN (NCM-IEMN), ANRFrench National Research Agency (ANR) [ANR-10-CSOSG-003], French RENATECH network, Renatech Network, Centrale de Micro Nano Fabrication - IEMN (CMNF - IEMN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de L'Energie Solaire (INES), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Physique - IEMN (PHYSIQUE - IEMN), Microélectronique Silicium - IEMN (MICROELEC SI - IEMN), Nanostructures, nanoComponents & Molecules - IEMN (NCM - IEMN), and ANR-10-SECU-0003,CAMIGAZ,Capteurs autonomes miniatures communicants pour la détection de gaz de combats(2010)
Subjects: Materials science, Silicon, Analytical chemistry, chemistry.chemical_element, FOS: Physical sciences, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, 01 natural sciences, Capacitance, law.invention, [SPI]Engineering Sciences [physics], law, Mesoscale and Nanoscale Physics (cond-mat.mes-hall), Gas detector, Physical and Theoretical Chemistry, Kelvin probe force microscope, Condensed Matter - Mesoscale and Nanoscale Physics, business.industry, Transistor, 021001 nanoscience & nanotechnology, 0104 chemical sciences, Surfaces, Coatings and Films, Electronic, Optical and Magnetic Materials, Hysteresis, General Energy, chemistry, Optoelectronics, Field-effect transistor, 0210 nano-technology, business, Volta potential
Abstract: Surface characterizations of an organophosphorus (OP) gas detector based on chemically functionalized silicon nanoribbon field-effect transistor (SiNR-FET) were performed by Kelvin Probe Force Microscopy (KPFM) and ToF-SIMS, and correlated with changes in the current-voltage characteristics of the devices. KPFM measurements on FETs allow (i) to investigate the contact potential difference (CPD) distribution of the polarized device as function of the gate voltage and the exposure to OP traces and, (ii) to analyze the CPD hysteresis associated to the presence of mobile ions on the surface. The CPD measured by KPFM on the silicon nanoribbon was corrected due to side capacitance effects in order to determine the real quantitative surface potential. Comparison with macroscopic Kelvin probe (KP) experiments on larger surfaces was carried out. These two approaches were quantitatively consistent. An important increase of the CPD values (between + 399 mV and + 302 mV) was observed after the OP sensor grafting, corresponding to a decrease of the work function, and a weaker variation after exposure to OP (between - 14 mV and - 61 mV) was measured. Molecular imaging by ToF-SIMS revealed OP presence after SiNR-FET exposure. The OP molecules were essentially localized on the Si-NR confirming effectiveness and selectivity of the OP sensor. A prototype was exposed to Sarin vapors and succeeded in the detection of low vapor concentrations (40 ppm)., Paper and supporting information, J. Phys. Chem. C, 2016
Published: 2016
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50. Identification of Ultra High Frequency Acoustic Coda Waves Using Deep Neural Networks

Author: Venu Babu Thati, Nikolay Smagin, Julien Carlier, Hatem Dahmani, Ihsen Alouani, Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA), Matériaux et Acoustiques pour MIcro et NAno systèmes intégrés - IEMN (MAMINA - IEMN), Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - Département Opto-Acousto-Électronique - UMR 8520 (IEMN-DOAE), INSA Institut National des Sciences Appliquées Hauts-de-France (INSA Hauts-De-France)-Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA)-Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA)-INSA Institut National des Sciences Appliquées Hauts-de-France (INSA Hauts-De-France)-Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA)-Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA), Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF), COMmunications NUMériques - IEMN (COMNUM - IEMN), The authors would like to thank all the members of the CMNF platform at IEMN, UMR CNRS 8520., Renatech Network, Université catholique de Lille (UCL)-Université catholique de Lille (UCL), INSA Institut National des Sciences Appliquées Hauts-de-France (INSA Hauts-De-France), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN), and Université catholique de Lille (UCL)-Université catholique de Lille (UCL)-Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA)
Subjects: data processing and augmentation, Computer science, Acoustics, Chaotic, 01 natural sciences, Physics::Geophysics, Coda, [SPI]Engineering Sciences [physics], Sensitivity (control systems), Electrical and Electronic Engineering, signal processing, Instrumentation, [PHYS]Physics [physics], Signal processing, Artificial neural network, Coda waves, business.industry, Deep learning, 010401 analytical chemistry, deep neural network, source identification, 0104 chemical sciences, Ultra high frequency, Ultrasonic sensor, Artificial intelligence, business
Abstract: International audience; Due to the multi-path propagation and extreme sensitivity to minor changes in the propagation medium, the coda waves open new fascinating possibilities in the non-destructive evaluation and acoustic imaging. However, their noise-like structure and high spurious sensitivity for ambient conditions (temperature, humidity, and others) make it challenging to perform localized inspection in the overall coda wave evolution. While existing deterministic solutions reach their limit in handling complex data, emerging techniques such as deep learning-based algorithms have shown a promising potential to overcome these limitations. This paper proposes a deep neural network that paves the way to make the complex features of coda waves more handleable to reliably exploit coda waves in several applications even in a changing or unstable environment. Specifically, designed a Coda-Convolutional Neural Network that is able to identify coda waves with 95.65% precision in a silicon chaotic cavity including 5 emitters and 16 receivers using ultra high frequency ultrasonic coda waves.
Published: 2021
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