Thèse soutenue

Dispositifs semi-conducteurs organiques et oxydes métalliques préparés à base de solutions et leurs applications comme capteurs biochimiques
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Auteur / Autrice : Ching-Fu Lin
Direction : Olivier SopperaHsiao-Wen Zan
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Chimie Physique
Date : Soutenance le 28/07/2022
Etablissement(s) : Mulhouse
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Science des Matériaux de Mulhouse - Institut de Science des Matériaux de Mulhouse / IS2M

Résumé

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Dans cette thèse, nous proposons des stratégies pour réaliser des dispositifs de détection biochimique compacts et peu coûteux. Elles reposent sur l'intégration de photodétecteurs (PDs) sous forme de couches minces de semi-conducteurs organiques ou d'oxyde métallique (MO) associés à de techniques de détection colorimétrique. Deux principaux PD avec des couches photoactives nanocomposites ont ainsi été développés : PD à hétérojonction organique (PD-OHJ) et PD à MO (PD-MO) couplée à des nanoparticules métalliques (NPs) par voie sol-gel.Dans le cas des PD-OHJ, une encapsulation et un design spécial de l'électrode en format digital ont permis de développer un capteur efficace pour détecter le formaldéhyde gazeux. Le capteur est intégré verticalement et permet de détecter la variation d'intensité de la lumière réfléchie dans une puce de réaction colorimétrique.Les PD-MO ont été proposés pour améliorer la stabilité dans le temps des dispositifs. Une structure couplant le matériau semi-conducteur à des NPs métalliques a été proposée. Une bonne photoréponse dans la gamme UV-visible-proche infrarouge est alors obtenue. Grâce à un nouveau procédé de recuit laser dans le proche infrarouge, nous avons réussi à faire traiter le matériau sol-gel MO à basse température (effet thermoplasmonique). La fabrication des PD a ainsi pu être réalisée sur des pièces en résine imprimées en 3D, permettant ainsi l’intégration des PD à une chambre de détection imprimée en 3D pour élaborer un biocapteur compact. Un capteur pour la détection colorimétrique de l'urée basée sur la lecture de la variation d'intensité de la lumière transmise a ainsi été réalisé.