Auto-assemblage de fullerènes C60 sur surfaces d'oxyde de silicium et d'or fonctionnalisées NH2

par Gregory Delafosse

Thèse de doctorat en Micro et nanoélectronique

Sous la direction de Didier Goguenheim.

Le président du jury était Frédéric Fages.

Le jury était composé de Didier Goguenheim, Frédéric Fages, Jean-Francois Bardeau, Martinus Werts, Jean-Luc Autran, Lionel Patrone.

Les rapporteurs étaient Jean-Francois Bardeau, Martinus Werts.


  • Résumé

    Au cours de ce travail nous avons étudié la réalisation de couches moléculaires d’accroche terminées amine. Sur l’oxyde de silicium l’aminopropyletriméthoxysilane (APTMS) a été déposé à partir d’une solution, et via une méthode originale par voie sèche qui nous a permis de mettre en évidence les temps caractéristiques de greffage et d’organisation de la couche d’APTMS. Sur l’or, les monocouches d’aminoéthanethiol (AET) et d’aminothiophénol (ATP) ont été réalisées à partir d’une solution. Nous avons ensuite étudié les aspects structuraux et cinétiques du greffage des fullerènes C60 sur de telles couches d’accroche, constituées de terminaisons amines soit sur toute la surface soit en des zones isolées (couches binaires). Les techniques de spectroscopie UV-Visible, IRTF, Raman, et XPS ont permis d’observer le greffage des C60 sur les couches aminées. La spectroscopie Raman en mode exalté (SERS) a mis en lumière que les molécules d’ATP étaient plus inclinées après le greffage à reflux des C60. Les analyses des diverses couches à l’échelle moléculaire ont été menées par microscopie à sondes locales (AFM, STM), et les mesures électriques réalisées sur or à l’aide de la pointe STM ont montré le caractère isolant de la couche d’accroche seule et un gap proche de celui du C60 après greffage des fullerènes. Elles ont également mis en évidence que le C60 était greffé sélectivement sur les zones terminées amines des couches d’accroche binaires. Enfin, une application potentielle des couches de C60 étant les mémoires moléculaires, les propriétés électriques des diverses couches réalisées ont été mesurées à l’aide de contacts électriques évaporés.


  • Résumé

    In this work we studied the preparation of sticking amine- terminated molecular layers. On silicon dioxide, 3-aminopropyltrimethoxysilane (APTMS) was de- posited from a solution, and using an original dry method that allowed us to determine time constants of APTMS layer grafting and organization. On gold surfaces, monolayers of aminoethanethiol (AET) and aminothiophenol (ATP) molecules were prepared from a solution. Then, we studied structural and kinetic aspects of ullerene C60 grafting on such sticking layers, terminated by amines either all over the surface or on isolated areas (binary layers). UV-visible, FTIR, Raman and XPS spectroscopy techniques enabled to observe that C60 was grafted on the amine-terminated layers. Exalted Raman spec- troscopy (SERS) revealed ATP molecules were more tilted after C60 grafting under reflux. Analyses of all the layers were made at a molecular level by local probe microscopy (AFM, STM), and electrical measurements performed on gold using the STM tip showed the in- sulating nature of the sticking layer whereas a gap close to that of C60 appeared after grafting of fullerenes. They also highlighted that C60 was selectively grafted on amine- terminated zones within binary sticking layers. At last, one of potential applications of C60 layers being molecular memory cells, electrical properties of the various studied layers were measured through evaporated electrical contact pads.


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