Optimisation technologique d'un laboratoire sur puce intégrant des fonctions acoustiques hautes fréquences : premières applications à l'actionnement en canal microfluidique

Lab-on-chip technological optimization for integration of high frequency acoustic functions : first application to actuation in a microfluidic channel

• Auteur / Autrice : Sizhe Li
• Direction : Bertrand Nongaillard, Georges Nassar, Julien Carlier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique. Acoustique et télécommunications
• Date : Soutenance le 25/05/2016
• Etablissement(s) : Valenciennes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie
• Partenaire(s) de recherche : Communauté d'Universités et Etablissements (ComUE) : Communauté d'universités et d'établissements Lille Nord de France (2009-2013)
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Serfaty
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bertrand Nongaillard, Georges Nassar, Julien Carlier, Michel Aillerie, Rosaria Ferrigno, Fabrice Lefebvre, Florence Anne Razan, Xingzhong Zhao
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Michel Aillerie, Rosaria Ferrigno

Mots clés

Mots clés contrôlés

Silicium -- Substrats

Transducteurs piézoélectriques

Microactionneurs

Systèmes sur puce

Mots clés libres

Acoustique haute fréquence

Laboratoire sur puce

Microfluidique

Actionnement

High frequency acoustic

Lab-On-Chip

Microfluidic

Actuation

Résumé

L’intérêt des ultrasons pour la caractérisation de milieux ou pour l’actionnement à plus forte puissance n’est plus à démontrer. L’intégration de fonctions acoustiques substrats de silicium soulève en revanche de nombreux problèmes technologiques. Le travail de thèse présenté fait suite aux premiers développements technologiques qui ont permis la validation du concept de caractérisation acoustique haute fréquence en canal microfluidique. Les principales avancées de ce travail concernent l’optimisation du transfert de l’énergie acoustique dans le canal microfluidique dans une bande de fréquence allant de 500 à 1000 MHz. Des dépôts de couches minces sur les miroirs et le développement de transducteurs en couches épaisses constituent les principales avancées. Une première évaluation de l’actionnement de fluides ou de particules en canal microfluidique est également présentée ainsi qu’une application du système à la mesure de température en canal microfluidique par ultrasons.

The interest of ultrasounds for media characterization or for actuation when using more power is well known. Nevertheless, the integration of these acoustic functions in silicon based Lab-on-chips requires specific technological developments. The possibility to use high frequency bulk acoustic waves in this kind of systems for characterization or detection has been presented previously in another PhD work. The main objective of this work was to optimize acoustic energy transfer to a microfluidic channel in a frequency range between 500 MHz and 1000 MHz. To do that, the main technological developments achieved among others concern the coating of the guiding mirrors to avoid acoustic mode conversion and ZnO thick films sputtering for the fabrication of piezoelectric transducers. The developed system has been used for particles detection or concentration evaluation. Moreover, a first evaluation of fluids/particles actuation was demonstrated, along with temperature evaluation using ultrasound were achieved in microfluidic channels.