Imagerie micro-onde et caractérisation diélectrique locale de matériaux à l’aide d’un microscope hyperfréquence à champ proche basé sur un procédé d’interférométrie

Investigation of microwave imaging and local dielectric characterization of materials by using a homemade interferometer-based near-field microwave microscope

• Auteur / Autrice : Tianjun Lin
• Direction : Tuami Lasri
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique, microélectronique, nanoélectronique et micro-ondes
• Date : Soutenance le 26/04/2018
• Etablissement(s) : Université de Lille (2018-2021)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie

Mots clés

Mots clés contrôlés

Solutions aqueuses (chimie)

Traitement d'images -- Techniques numériques

Réflectomètres

Ondes évanescentes

Permittivité

Interférométrie

Microscopie en champ proche

Imagerie microonde

Mots clés libres

Réflectomètre six-port

Near-field microwave microscopes

Résumé

La microscopie champ proche micro-onde, qui fait partie de la famille des microscopies à sonde locale, est envisagée aujourd’hui dans de nombreux domaines d’applications de la physique, de la biologie et des micro et nanotechnologies. Dans ce manuscrit, le microscope micro-onde à champ proche qui est exploité est un instrument développé au laboratoire IEMN bénéficiant d’une grande sensibilité dans une large bande de fréquences de travail [2-18 GHz]. Le potentiel d’applications du microscope est démontré au travers de la caractérisation de liquides avec différentes modalités de caractérisation (sonde en contact, sans contact et en immersion). En particulier, cet outil est mis en œuvre pour la spectroscopie diélectrique de solutions aqueuses de glucose.Cet instrument qui offre une capacité d'imagerie sub-longueur d'onde est également testé pour différentes situations (imagerie de surface et de sub-surface). La résolution d'imagerie ainsi que la précision de mesure sont évaluées puis des méthodes de traitement d'images simples sont proposées pour améliorer la qualité de l'imagerie. Enfin, une piste pour une intégration plus grande de l’instrument, qui consisterait à remplacer l’analyseur de réseau par un dispositif plus compact (type réflectomètre six-ports) est explorée.

Near-field microwave microscopes, which belong to the local scanning probe microscopes family, are considered today as advanced characterization tools in many applications areas including physics, biology and micro and nanotechnologies. The near-field microwave microscope that is used in the work and described in this manuscript is an instrument developed at IEMN owning a great sensitivity in a wide operating frequency band [2-18 GHz]. The potential of the microscope in terms of applications is demonstrated through the characterization of liquids with different modalities of characterization (probe in contact, non-contact and immersed in a liquid). In particular, this instrument is investigated for dielectric spectroscopy of aqueous glucose solutions.This characterization tool that offers sub-wavelength imaging capability is also tested in different situations (surface and subsurface imaging). Imaging resolution and measurement accuracy are evaluated and easily implementable processing methods are proposed to improve the quality of imaging. Finally, a solution towards a larger compactness of the instrument is investigated through the replacement of the network analyzer by a more compact device (six-port reflectometer type).