Etude par microscope STM de molécules organiques physisorbées sur semi-conducteurs

Scanning tunneling microscopy studies of physisorbed organic molecules on semiconductors surfaces

• Auteur / Autrice : Younes Makoudi
• Direction : Frédéric Chérioux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Besançon
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Franche-Comté. UFR des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électronique moléculaire

Semiconducteurs

Résumé

L'élaboration d'auto-assemblages constitués par des molécules conjuguées, sur des surfaces semi-conductrices et stables à température ambiante, est l'un des défis majeurs qui doit être résolu pour permettre l'avènement de l'électronique moléculaire. Au cours de ma thèse, j'ai développé de nouveaux concepts permettant d'aboutir à ce type d'assemblage en évitant une trop forte interaction molécule/silicium. Pour cela, j'ai adopté trois stratégies distinctes en fonction de la dimensionnalité des édifices moléculaires recherchés: 1) minimiser l'interaction molécule/silicium en utilisant une surface de silicium très dopée en atomes de bore, 2) utiliser l'effet « template » d'une reconstruction 1 D semi-métallique de l'interface SmSi pour créer et auto-aligner des molécules, 3) et protéger le squelette conjugué des molécules organiques et guider un assemblage bidimensionnel en utilisant des molécules zwitterioniques. Les images STM à très haute résolution sous ultra-vide et à température ambiante ont été obtenues. Tous les résultats expérimentaux sont confortés par des calculs de type « Théorie de la Fonctionnelle Densité ».

My project dealt with achievement and study of isolated molecules on boron silicon surface (OD system), molecular self-alignment on samarium/silicon interface (1D system) and 2 dimensionnel molecular self-assembly on Si(111)-7x7 and Si(111)-B surfaces (2D system). In order to circumvent the problem of traditional silicon surface reactivity with TT-conjugated molecules, we use the Si(111 )-B surface. This surface has the unique particularity to exhibit depopulated dangling bonds due to the presence 01 boron atoms under the top silicon layer. Consequently, TT-conjugated organic molecules can interact weakly with the pz depopulated dangling orbitals of the surface. To achieve self-alignment of organic molecules, we used an innovative concept based on the template effect of the pre-structured semi- conductive SmSi(111) interface. This substrate was selected because Sm deposition in the submonolayer range leads to a 8x2- reconstruction, which is a well-defined one-dimensional semi-metallic structure. Adsorption of aromatic molecules [1,4- di-(9- ethynyltriptycenyl)-benzene] on SmSi(111)-8x2leads to a good self-alignment of molecules along the [1-10] direction and the molecules are parallel to the atomic rows of the 1 D SmSi(111)- 8x2 structure. To create 2 dimensionnel molecular self-assemblies on silicon surface at room temperature,we proposed two new strategies: The first uses the zwitterionic molecules [4-methoXy-4'-(3-sulfonatopropyl)- stilbazolium ] and Si(111)- 7x7 surface. The second technique is based on the choice of the molecule/substrate system. We chose SiB surface in order to reduce molecules/substrate interaction and a highly polar molecule (4-aminobenzonitrile) to promote molecule/molecule interactions.