Autoassemblage bio-dirigé pour l'électronique moléculaire : fonctionnalisation, métallisation et réalisation de dispositifs

Bio-directed self-assembling for molecular electronics : functionalization, metallization and fabrication of devices

• Auteur / Autrice : Khoa Trieu Tien Nguyen
• Direction : Jean-Philippe Bourgoin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transistors à effet de champ

Nanotubes

Nanofils

Métallisation

ADN

Mots clés libres

Electroless plating

Résumé

L’objectif de cette thèse est la réalisation de dispositifs bio-assemblés pour des futurs circuits électroniques hautes performances à bas coûts. A cet effet l’ADN possède des propriétés de reconnaissances uniques, permettant le placement précis de composants à l’échelle nanométrique et la construction d’assemblages complexes. Nous étudions dans un premier temps la fonctionnalisation sélective de nano-électrodes par des oligonucléotides, étape incontournable pour connecter les nanocircuits auto-assemblés par l’ADN aux électrodes fabriquées par lithographie standard. Nous souhaitons également utiliser l’échafaudage d’ADN pour l’adressage électrique des éléments actifs, dans notre cas les Nanotubes de Carbone (NTs). Or l’ADN est isolant lorsqu’il est déposé sur substrat : pour le rendre conducteur nous pouvons le métalliser. Nous recourons à une méthode basée sur l’Electroless Plating et étudions la métallisation au Palladium avant et après dépôt de l’ADN sur la surface. Cependant nous sommes limités par la réduction classique mais extrêmement rapide et incontrôlable des complexes Palladium. Grâce à l’expérience acquise, nous développons une nouvelle technique employant une précipitation sélective. Ainsi une métallisation homogène est accomplie sur l’ensemble de la surface avec des nanofils fins (diamètre~30 nm), réguliers, conducteurs et robustes. Enfin, nous choisissons et intégrons les méthodes appropriées (accroche ADN-NT et métallisation sélective) pour aboutir à la réalisation de transistors à effet de champ possédant d’excellentes performances. Ces résultats démontrent la pertinence de cette démarche d’auto-assemblage bio-dirigé pour l’Electronique Moléculaire.

This work is aimed at the fabrication of bio-assembled nanodevices for future high performance and low cost electronic circuits. In this framework, the DNA molecule is of particular interest thanks to its unique recognition properties which allow the positioning of devices at the nanometer scale and the building-up of complex scaffolds. We first study selective functionalization of nano-electrodes by oligonucleotides, an essential step for connecting DNA self-assembled nanocircuits to conventional electrodes. Moreover, our goal is to use DNA, not only as a positioning scaffold, but also to electrically address active elements, in our case Carbon Nanotubes (NTs). However DNA is insulating when deposited on a surface and for distances over few nanometers. One way to overcome this difficulty is to metallize it. For this purpose, we use an Electroless Plating method and study Palladium metallization before and after deposition of DNA on a substrate. However, we face huge desorption and highly inhomogeneous metallization due to fast reduction of palladium complexes by common reducing agents such as dimethylaminoboran (DMAB). We develop therefore a new concept in the synthesis of thin (down to 30nm), regular and highly conductive DNA-based nanowires thanks to slow selective precipitation of Palladium oxide, resulting in homogeneous metallization over the whole surface. Finally we choose and integrate appropriate methods in terms of DNA-NT binding and selective metallization to achieve high performance field effect transistors. These results prove the relevance of the bio-directed self-assembling approach for Molecular Electronics.