DNA origami based lithography
Lithographie par auto-assemblage d'origami d'ADN
Résumé
The nanoscience and nano technology development determine the continual device miniaturization. Until now, lithography has been the main driving force of this process, but reaches its resolution limits. In this context and to meet future technological requirements, new patterning techniques will have to be considered. Due to its nanometric size (diameter of 2 nm), its capacity for self-assembly, its structural diversity and the possibilities of functionalization, DNA constitutes a promising approach making it possible to push back the limits of resolution obtained by photolithography processes. In particular, it offers the possibility of creating 2D and 3D architectures, defined to the nearest nanometer. DNA origami based lithography have become of great interest for highresolution patterning due to of their facility, elegance and high throughput. Self-assembling materials used in conjunction with the most advanced exposure tools may enable extension of current manufacturing practices to dimensions of 10 nm and less.This thesis work demonstrates the feasibility of nano-structuring the surface of a silicon substrate from a DNA origami mask. It aims at a sub-10 nm resolution, a pattern density compatible with microelectronic applications, but also the realization of complex self-aligned structures.The studies carried out during this work focused on two axes. We were first interested in etching processes and their characterization, allowing the transfer of sub-10 nm motifs from an origami DNA mask. A second area of work focused on the individual positioning of these structures. For this, we have implement a new nano-patterning hybrid process by combining conventional lithography and self-assembly of DNA origami. By locally controlling the surface properties we managed the placement of single DNA origami on the substrate, in order to integrate them into functional devices.
Les technologies de l'information requièrent des dispositifs électroniques de plus en plus complexes qui, dans une démarche logique de miniaturisation, combinent à la fois haute résolution, haute densité ainsi qu’un design complexe. Dans ce contexte et pour répondre aux futures exigences des technologies, de nouvelles techniques de patterning devront être envisagées. De par son gabarit nanométrique (diamètre de 2 nm), sa capacité à l'auto-assemblage et les possibilités de fonctionnalisation, l'ADN constitue une approche prometteuse permettant de repousser les limites de résolution obtenues par les procédés de photolithographie. Plus particulièrement, l’auto-assemblage d’origamis d’ADN, dans lequel un simple brin d’ADN est replié de manière programmable par des brins d’ADN synthétiques plus petits appelés agrafes, offre la possibilité de réaliser des architectures en 2D et en 3D, définies au nanomètre près.Ce travail de thèse démontre la faisabilité de nano-structurer la surface d'un substrat de silicium à partir d’un masque en origami d'ADN. Il vise une résolution sub-10 nm, une densité de motifs compatible avec des applications microélectroniques, mais aussi la réalisation de structures complexes auto-alignées.Les études réalisées au cours de ces travaux se sont focalisées autour de deux axes. Nous nous sommes tout d’abord intéressés aux procédés de gravure afin de transférer des motifs sub-10 nm à partir d’un masque en origami d’ADN. Un deuxième axe de travail a porté sur le positionnement individuel de ces structures. Pour cela, un procédé de structuration de surface a été développé, grâce à l’utilisation de techniques de lithographie conventionnelles, permettant le positionnement déterministe d’origamis d’ADN sur un substrat de silicium.
Origine : Version validée par le jury (STAR)