Résumé
Les biocapteurs plasmoniques ont reçu une appréciation croissante en raison de leur capacité à surveiller et à détecter une variété d'analytes jusqu'à de faibles concentrations. Ils ciblent un large éventail d'applications, principalement dans le traitement du cancer, la surveillance environnementale et les tests du COVID-19. Au cours de la dernière décennie, les biocapteurs plasmoniques ont prospéré grâce au développement rapide des techniques de nanofabrication. En effet, les nanoantennes plasmoniques mises en œuvre sont judicieusement adaptées pour combiner trois éléments clés : (1) une résonance plasmonique accordable en fonction de leurs tailles, de leurs compositions et de leurs arrangements, (2) leur capacité à générer des points chauds à leurs sommets pointus par l'effet de pointe, et (3) la possibilité d'améliorer l'intensité du champ proche électromagnétique qui l'accompagne en connectant les points chauds activés dans les gaps créés. En vue de cela, nous concevons des résonateurs plasmoniques triangulaires, intégrés dans une configuration MIM reposant sur un substrat de Si. Les triangles sont arrangées face à face, appelés nœuds de papillon, et dans un arrangement compact imitant la forme naturelle du nid d'abeille. La découverte scientifique capitale de cette thèse est de développer un transducteur plasmonique de type barre-code compatible avec la technologie MOS. Il ouvrira la voie à la détection de plusieurs caractéristiques moléculaires en un seul test. En fait, il est conçu pour couvrir un large spectre de l’IR allant de 1 000 à 10 000 cm^-1, simplement en modulant la longueur des côtés des triangles et la taille de leur espacement. Alternative aux métaux nobles, l’Al est sélectionné étant un bon matériau plasmonique, abordable, abondant et compatible avec les connaissances MOS. Pour étudier la réponse spectrale de ces réseaux périodiques de nanoantennes d’Al, le calcul FDTD est mis en place en utilisant le programme Lumerical. La source incidente est polarisée le long ou à travers l'axe principal de l’antenne (pointe-à-pointe) pour exalter le champs proche électrique dans les gaps correspondant, où il sera fortement localisé. L’intensité du champs électrique atteint ~ 10^3 pour un gap de 20 nm. Une attention particulière est portée à l'invariance de la réponse des HC grâce à leur symétrie quelle que soit la direction de polarisation de la lumière. Pour chaque valeur L, un pic principal de résonance plasmonique est détecté. Les nanoantennes d’Al sont principalement caractérisées à l'aide d'un spectromètre infrarouge à transformée de Fourier (FTIR). Un bon accord se manifeste entre la simulation (FDTD) et l'expérience (FTIR). Les nanoantennes d’Al de 50 nm d'épaisseur sont fabriquées en combinant la lithographie électronique avec des processus de métallisation et de décollage (lift-off) ou une gravure à l'argon et une technologie de nettoyage de résine. Les nanoantennes d’Al sont construites sur une couche de SiO2 de 20 nm d'épaisseur, pulvérisée sur une couche d'Al de 100 nm d'épaisseur qui sert de miroir. Les nanostructures métalliques à extrémités pointues sont séduisantes pour localiser et améliorer le champ proche qui est exploité dans la stimulation des applications de détection, en particulier la spectroscopie vibrationnelle exaltée dans l’infrarouge par des effets plasmonique de surface, nommée SEIRA. En effet, la SEIRA est issue du couplage entre la résonance plasmonique et la fréquence de vibration moléculaire provoquée en raison de l'augmentation de la section efficace d'interaction qui est un facteur limitant pour les spectroscopies Raman et IR traditionnelles. Notre surface multirésonante combine deux méthodes complémentaires : la détection de l'indice de réfraction ou de la résonance plasmonique de surface (SPR) et la spectroscopie SEIRA.