Projet ERC – Starting Grants « SMART »

Scanning Microscopy using Active Resonating nanoTips

Bernard LEGRAND – UMR 8520 IEMN

CNRS INST2I - Réunion des directeurs d’unités – 14 avril 2009

Formation & parcours

1996 1997 2000 2001 2005 2008

Formation initiale (Lille)Ingénieur en électroniqueDEA d’électronique CR2 CNRS

Section 08IEMN CR1

Thèse (Lille)

Ph.D.CNET (Bagneux)

Nanosciences

Semi-conducteurs, SPM

Propriétés de nanostructures

semiconductrices

Lithographie AFM pour la fabrication de

nanocomposants

Micro & nanotechnologies

MEMS & NEMS

Réalisation demicro-actionneurs et de

micro-capteurs

Micro et nanorésonateurs électromécaniques et

caractérisation

Contexte du projet et motivation

Depuis 2000 : convergence de nombreuses disciplines à l’échelle nanométrique

La microscopie à force atomique : outil précieux et incontournable…

… mais : accès au comportement dynamique de nanosystèmes en milieu liquide ?

X

Y

Z

Sample

Piezoelectricscanners

Piezoelectricdriving

Opto-electronicsensing

+ -

To signal processingand feedback control

Cantilever

Tip

X

Y

Z

Sample

Piezoelectricscanners

Piezoelectricdriving

Opto-electronicsensing

+ -

To signal processingand feedback control

Cantilever

Tip

Contexte du projet et motivation

Verrous : fréquence de résonance et comportement hydrodynamique de la sonde

Apports des microsystèmes et microtechnologies ?

rupture technologique dans le concept de la sonde AFM utilisation de résonateurs électromécaniques

Marc Faucher - IEMN

Contexte du projet et motivationPoints-clefs des résonateurs MEMS :Mode de vibration elliptique de l’anneau :

- fréquence MHz – GHz- comportement hydrodynamique

Actionnement et détection intégrésFabrication collective

Objectifs du projet :Sondes AFM à base de résonateurs MEMS

- Fréquence > 100 MHz- Résolution en temps = µs- Sensibilité en force <10-13 N.Hz-0.5

- Pointe dans le plan

Déroulement - Conception et fabrication technologique- Caractérisation, acquisition et traitement du signal- Interfaçage avec une base d’AFM commercial- Activités de démonstration

X

Y

Z

Sample

Piezoelectricscanners

Integratedelectrostaticdriving

Integratedcapacitivesensing

MEMS ring resonatorElliptical mode

+ -

To signalprocessingand feedbackcontrol

Tip

X

Y

Z

Sample

Piezoelectricscanners

X

Y

Z

Sample

Piezoelectricscanners

Integratedelectrostaticdriving

Integratedcapacitivesensing

MEMS ring resonatorElliptical mode

+ -

To signalprocessingand feedbackcontrol

Tip

Contexte du projet et motivation

Impact potentiel :

Etude de la dynamique de nanobiosystèmes en milieu liquide- Visualisation directe, complémentaire à d’autres techniques- Conformation de protéines, moteur ATP-synthase, réactions biochimiques…- Aide à la compréhension de mécanismes fondamentaux

Instrumentation- Autres applications de l’AFM

- Recherche et industrie- Imagerie rapide

- Sondes AFM sans laser : facilité de mise en œuvre

Transfert- 15 000 AFM dans le monde- Sondes AFM « consommable »

Candidature à l’ERCMotivations :

Sondes AFM à base de résonateurs MEMS :- approche originale d’une problématique scientifique et technologique- projet ambitieux / impact potentiel

Projet à la convergence des compétences personnelles AFM et MEMS

Premières réalisations / prototypes dépôt d’un brevet

Durée et montant des financements alloués / confiance

Objectif personnel

Candidature à l’ERCDéroulement :

1er appel : long processus…

- fin décembre 2006 : publication de l’appel à projet- avril 2007 : dépôt du dossier « court » - PE6 Engineering Sciences- juillet 2007 : résultats de la première étape de la sélection- septembre 2007 : dépôt du dossier « long »- novembre 2007 : interview orale à Bruxelles- janvier 2008 : résultats finaux- mars 2008 : « négociation » avec la Commission - août 2008 : signature du Grant Agreement- septembre 2008 : démarrage effectif du projet

… très sélectif : 3%, mais une opportunité unique !

La Grant ERC

Montant alloué par l’ERC : 1 500 000 € sur 5 ans (coût complet 2 400 000 €)

Coûts de personnel(effort total : 315 ho.mois)

Equipements(caractérisation etmicroscope AFM)

Consommables(frais de technologie)

Moyens très importants Autonomie « Accélérateur » pour l’activité de recherche

Déroulement du projet SMART

0 (2008) Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 (2013)

Fres5 MHz 80 MHz 200 MHz 500 MHz 1 GHz

AFM imaging in air

AFM imaging in liquids

Force spectroscopy

Dynamical analysis of bio-nanosystemsCurrent prototype

Roadmap technologique : réduction de taille et augmentation des performances

WP2:MNEMS technology

and fabricationWP3:

CharacterizationWP4:

Electronic interfaces,signal processing

WP5: Integration andAFM demonstration

WP1:Device architecture,design and modelling

WP0: Project management and dissemination

WP2:MNEMS technology

and fabricationWP3:

CharacterizationWP4:

Electronic interfaces,signal processing

WP5: Integration andAFM demonstration

WP1:Device architecture,design and modelling

WP0: Project management and dissemination

Equipe actuelle :3 permanents CNRS (2.25 etp)1 post-doc (1 etp)1 doctorant (1 etp)1 ingénieur d’études (0.5 etp)