Vers la fabrication de réseaux d'électrodes tout-SiC pour les interfaces neuronales : films de SiC amorphe passivant, fonctionnalisation de la surface, et caractérisation électrique

Soutenance de thèse de Scott GREENHORN, pour une thèse de doctorat de l'Université Grenoble Alpes, spécialité  " NANO ELECTRONIQUE et NANO TECHNOLOGIES "

Mots-clés :
Interface cerveau-machine,SiC,implantable,biocompatibilité,a-SiC,fonctionalisation

Résumé :
Le carbure de silicium (SiC) est un matériau semiconducteur très prometteur pour les interfaces neuronales. Le carbure de silicium peut présenter diverses propriétés électriques, allant de l'isolation à la conduction, ainsi qu'une biocompatibilité et une inertie chimique élevées. Ainsi, Les polymorphes du matériau constituent une base solide pour les dispositifs d'interface neuronale à longue durée de vie. Cette thèse étudie les propriétés du carbure de silicium pour les points clés des interfaces neurales. L'accent est mis sur
le SiC amorphe (a-SiC) en tant que film de passivation de surface. Une recette de dépôt PECVD d'a-SiC est utilisée, avec des précurseurs gazeux de silane et d'éthylène, pour la première fois pour des applications biologiques. Des études multimodales et multiparamétriques clarifient davantage le paysage de l'optimisation des propriétés des films d'a-SiC et identifient les difficultés les plus importantes. Cette approche a donné d'excellents résultats en termes de résistance chimique de a-SiC. Parallèlement, le SiC
monocristallin est étudié en tant que matériau de canal conducteur, en se concentrant sur le transfert de charge et la géométrie d'isolation pour éviter les pertes d’isolation. Cette dernière a été étudiée en utilisant des jonctions NPN épitaxiales (1), implantées (2),ou des couches épitaxiales semi-isolantes (3). Enfin, la surface de l'a-SiC a été fonctionnalisée en greffant des polymères organiques présentant des propriétés mécaniques et de mouillabilité souhaitables sur l'a-SiC afin d'améliorer l'interface tissu cérébral-dispositif.
Une couche réticulée d'acide hyaluronique aux propriétés mécaniques semblables à celles du tissu cérébral a été fixée de manière fiable à l'a-SiC. Les résultats obtenus font progresser l'utilisation du SiC pour les interfaces neuronales et rendent possible une interface neuronale tout-SiC pour des applications in-vivo avec des propriétés garantissant une meilleur biocompatibilité et un allongement de la durée de vie par rapport aux dispositifs existants.

Membres du jury :

• Mme Edwige BANO, Université Grenoble Alpes : Directrice de thèse
• Mme Gaëlle LISSORGUES, ESIEE Paris : Rapporteure
• M. George MALLIARAS, Université de Cambridge : Rapporteur
• M. Nikolaos A. VAINOS, Université de Patras : Examinateur
• M. Alexandros GEORGAKILAS, Université de crète- Examinateur
• Mme Valérie, STAMBOULI, CNRS : Co-directrice de thèse
• M. Konstantinos ZEKENTES, Université de Crète : Co-directeur de thèse
• M. Georgios DELIGEORGIS, Université de Crète Examinateur