MEMS ACTUATORS AND RESONATORS : APPLICATIONS TO NANO-CHARACTERIZATION
CONTRIBUTION AU DOMAINE DES ACTIONNEURS ET RÉSONATEURS MICRO-‐ÉLECTROMÉCANIQUES. APPLICATIONS À LA NANO‐CARACTÉRISATION.
Résumé
My research activities have covered since 1996 the fields of nanosciences, semi-conductor physics, micro and nanotechnologies and MEMS/NEMS (Micro/NanoElectroMechanical Systems). In particular, I joined the Silicon Microsystems department of IEMN in October 2000 and I worked on electromechanical microresonators for applications in signal processing, both in the IF and RF frequency ranges. I was leading the development of the electrical characterization techniques and strongly involved in the modelling of the microresonators. Since 2002, I have extended my research activities in the MEMS area from microresonators to actuators and sensors, with applications towards nanotechnology and biology. I have put my efforts on the development of electrostatic actuators for operation in a liquid environment and on capacitive and piezoresistive sensors with ultimate performances for applications at the nanometer scale. Since 2007, I have been mainly working on MEMS resonators as probes for Atomic Force Microscopy, that is to say as high sensitivity force sensors. This research activity is currently funded by the European Research Council (ERC) in the framework of a Starting Grant I received in 2007 (SMART project). In 2009, we demonstrated for the first time AFM imaging using this new generation of MEMS-based AFM probes, and in 2010 we obtained images of DNA origamis at a rate of 1 fps. The research work is now focussed on MEMS probe downscaling for better performances, AFM imaging in liquids and, high speed AFM acquisition using these devices. This work paves the way for the use of micro and nanosystems as tools for enhanced characterization of nanoobjects.
Depuis 1996, mes activités de recherche se sont inscrites dans les champs des nanosciences, de la physique des semi-conducteurs, des micro/nanotechnologies, et des MEMS/NEMS (Micro/Nanosystèmes électromécaniques). En particulier, j'ai rejoint en octobre 2000 le groupe Microsystèmes Silicium de l'IEMN sur le sujet des résonateurs micro-électromécaniques et de leurs applications pour le traitement du signal en gamme RF et IF. Cette activité a permis de développer les techniques de caractérisation électrique des dispositifs ainsi que leur modélisation électromécanique. A partir de 2002, j'ai étendu mes activités dans le domaine des MEMS vers les micro-actionneurs et les micro-capteurs, dont les applications concernent les nanotechnologies et la biologie. Je me suis appliqué au développement d'actionneurs électrostatiques pour un fonctionnement en milieu liquide, et au développement de capteurs capacitifs et piézorésistifs aux performances ultimes pour des applications nanométriques. Depuis 2007, l'activité de recherche se concentre sur l'utilisation des résonateurs MEMS en tant que nouvelle génération de sondes de microscopie à force atomique (AFM) à hautes performances. Cette activité est actuellement soutenue par le Conseil Européen de la Recherche (ERC) dans le cadre d'un financement Starting Grant dont je suis le bénéficiaire. En 2009, nous avons démontré le concept des sondes MEMS AFM en obtenant les premières images de microscopie, et en 2010 nous avons obtenu des images d'origamis d'ADN à la cadence rapide d'une image par seconde. Le travail de recherche se focalise maintenant sur le développement des sondes afin d'en améliorer les performances en termes de fréquence de vibration, de résolution en force et de vitesse d'acquisition. Un autre aspect concerne l'utilisation de ces sondes pour l'analyse rapide du comportement dynamique de nanobiosystèmes en milieu liquide. Ces travaux s'inscrivent dans une vision à plus long terme visant à développer des solutions à base de MEMS et de NEMS pour l'instrumentation scientifique et la nanocaractérisation multimodale.
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