Un dispositif de filtre en énergie couplé à un spectromètre de masse quadrupolaire pour le dépôt d'ions moléculaires sur des surfaces isolantes avec énergie contrôlée

par Audrey Bodin

Thèse de doctorat en Physique de la matière

Sous la direction de Sébastien Gauthier et de David Martrou.

Soutenue en 2013

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    L'électronique moléculaire constitue une alternative technologique pour la nanoélectronique. Ce domaine nécessite l'invention de nouveaux équipements afin de pouvoir déposer de grosses molécules fragiles sur des surfaces isolantes sous ultra haut vide (UHV). Conserver intacte la structure spécifique de la molécule après adsorption est primordial pour les fonctionnalités du dispositif envisagé. La technique de dépôt généralement utilisée pour déposer des atomes et molécules neutres sous UHV est l'évaporation thermique. Cette technique est cependant trop énergétique pour déposer des molécules fragiles. Il est donc nécessaire de concevoir des procédés de dépôt moins destructifs utilisant un spectromètre de masse. L'appareil commercial utilisé pour notre étude est un spectromètre de masse Finnigan triple quadrupôle TSQ700, couplé à un équipement multi-chambres, sous UHV, appelé " Dinamo " UHV Factory. Afin de transformer le TSQ700 en source d'ions de basse énergie, nous avons étudié la distribution en énergie des ions, avec le logiciel SIMION(r). Cette étude a révélé que le faisceau d'ions présentait une trainée à haute énergie pouvant aller jusqu'à 1500 eV. Pour trier en énergie le faisceau d'ions, nous avons choisi d'ajouter un secteur électrostatique. Une mesure du courant d'ions en sortie du secteur électrostatique montre que la trainée haute énergie a bien été supprimée. Le spectromètre modifié a été utilisé pour déposer des ions CF3+ sur une surface de KBr (001) caractérisée par la suite par microscopie à force atomique en mode non contact (NC-AFM) et par microscopie à sonde de Kelvin (KPFM). Les observations KPFM confirme la présence de charges positives en surface.

  • Titre traduit

    An energy-filtering device coupled to a quadrupole mass spectrometer for soft-landing molecular ions on surfaces with controlled energy


  • Résumé

    Molecular electronics is an alternative technology for nanoelectronics. It requires the conception of new equipments in order to deposit large and fragile molecules on insulating surfaces under ultra high vacuum (UHV). Keeping intact the deposited molecules is essential for the functionality of the fabricated devices. The most generally used deposition technique for molecules under UHV is thermal evaporation. However, this technique is often detrimental for fragile molecules. The development of less destructive deposition methods is therefore needed. An alternative technique is based on the use of a dedicated mass spectrometer. The commercial device used for our study is a Finnigan triple quadrupole mass spectrometer TSQ700 coupled to a multi-chamber equipment under UHV called " Dinamo " UHV Factory. To transform the TSQ700 in a low energy ion source, we studied the energy distribution of the ions at the exit of the analyzer by using the simulation software SIMION(r). This study revealed that the ion beam displays a high energy tail up to 1500 eV. The ion beam must then be filtered in energy in order to remove the high energy tail. To filter the ions in energy, we decided to add an electrostatic sector. The ion current measured at the output of electrostatic sector showed that the high-energy tail has been removed after this modification. The modified spectrometer was used to deposit CF3+ ions on a KBr(001) surface then characterized by Non-Contact Atomic Force Microscopy (NC-AFM) and Kelvin Probe Force Microscopy (KPFM). KPFM observations are consistent with the presence of positive charges.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (174 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 167-171

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  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2013 TOU3 0194
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