High spatial resolution fluorescent thermometry : thermal characterization of submicrometer structures in dry and liquid conditions

• Auteur / Autrice : Peter Löw
• Direction : Christian Bergaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la matière
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mesure

Microélectronique

Matériaux nanostructurés

Thermométrie

Fluorescence

Mots clés libres

Fluorescence

Thermométrie

Analyse submicrométrique

Nanofils

Simulation en éléments finis

Modulation thermique

Laboratoire-sur-puce

Résumé

Ce travail concerne le développement et l'optimisation de la thermométrie par fluorescence en milieu sec et liquide pour caractériser thermiquement des fils de dimensions submicrométriques dont l'échauffement est obtenu par effet Joule. En utilisant des simulations en éléments finis, les paramètres des fils sont étudiés afin d'optimiser leur comportement thermique. Un fort confinement spatial de la température autour des fils en nickel sur un substrat de silicium est observé grâce à des mesures en fluorescence. Concernant le temps de réponse, des constantes de temps thermiques en dessous de la milliseconde sont obtenues expérimentalement. Les résultats présentés dans cette thèse sont d'un grand intérêt pour le développement de nouveaux outils pour la détection, la reconnaissance et l'étude fondamentale des molécules (dépliement et repliement de protéines et d'ADN par exemple) sous modulation thermique rapide.

This thesis presents the development of an improved fluorescent thermometry approach for the thermal characterization of Joule-heated submicrometer wires in dry and liquid conditions. The design parameters of the wire systems are studied by the use of finite element modeling (FEM) in order to optimize their thermal behavior. A high spatial confinement of the temperature changes is experimentally demonstrated when using a nickel submicrometer wire on a silicon substrate as a heat source. The thermal time constants of the wire systems are shown to lie below one millisecond. The results of this thesis are of great interest in the development of new tools for the sensing, recognition and fundamental studies of molecules (for instance the folding of proteins and DNA) based on fast temperature modulation.