Conception et réalisation d'un spectromètre de Résonance Paramagnétique Electronique miniaturisé en technologie CMOS

Design and fabrication of a miniaturized Electron Spin Resonance spectrometer in CMOS technology

• Auteur / Autrice : Jean-Baptiste David
• Direction : Alexandre Siligaris, Serge Gambarelli
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Nano électronique et Nano technologies
• Date : Inscription en doctorat le 01/09/2024
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Electronique et de Technologie de l'Information (LETI)

Mots clés

Mots clés libres

Rpe

Cmos

Oscillateur verrouillé par injection

Circuits intégrés radiofréquences

Esr

Cmos

Injection locked oscillator

Radio frequency integrated circuit

Résumé

La spectroscopie par RPE (Résonance Paramagnétique Electronique) permet d'étudier une très grande variété de systèmes en chimie, biologie et physique. Du fait de la technologie utilisée, les spectromètres actuels sont lourds, volumineux, et énergivores. Récemment, une approche reposant sur l'utilisation d'oscillateurs intégrés a montré la possibilité d'une miniaturisation drastique de cet appareil. L'enjeu se porte toutefois sur la conservation d'une bonne sensibilité de détection. Grâce à la technique originale de synthèse de fréquence, il est possible de concevoir un système sur puce dont les propriétés en bruit de phase améliorent la sensibilité d'un ordre de grandeur par rapport à l'état de l'art. Cette thèse se construit en collaboration avec une équipe des spécialistes de l'instrumentation par RPE. Les applications vont du secteur médical à la sécurité nucléaire, en passant par l'agroalimentaire, les semi-conducteurs et les batteries.

ESR (Electron Spin Resonance) spectroscopy allows to study a very wide variety of systems in chemistry, biology and physics. Due to the technology used, current spectrometers are heavy, bulky, and energy-consuming. Recently, an approach based on the use of integrated oscillators has shown the possibility of drastic miniaturization of this device. The challenge, however, is to maintain good detection sensitivity. Thanks to the original frequency synthesis technique, it is possible to design a system-on-chip whose phase noise properties improve the sensitivity by an order of magnitude compared to the state of the art. This thesis is being built in collaboration with a team of ESR experts. Applications range from the medical sector to nuclear security, including the food industry, semiconductors and batteries.