Étude des propriétés électroniques des monocouches moléculaires greffées sur des substrats nSi(111)

Electronic properties of organic monolayers grafted on n-type Si(111) substrates

• Auteur / Autrice : Alain Bruno Fadjie Djomkam
• Direction : Christian Godet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université européenne de Bretagne (2007-2016)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Structure électronique

Photoémission

Couches minces

Polarisation (électricité)

Transport des électrons, Théorie du

Électronique moléculaire

Résumé

Le transport électrique dans les jonctions tunnel minces de type MIS a été analysé en utilisant la dépendance en température du courant et de l’admittance en fonction de la tension sur des jonctions Hg//ML–nSi. Le taux de couverture et l’épaisseur des couches moléculaires (-CnH2n+1, -C10H20-COOH) formant une liaison covalente avec le Si(111), avant et après fixation de clusters (Se8Re6(TBP)4(OH)2, Mo6Br8F6), sont obtenus par XPS et par ellipsométrie. Les caractéristiques électriques ont été interprétées en utilisant un nouveau modèle de transport dans les jonctions MIS de très faible épaisseur. Nous avons observé que les groupements fonctionnels (acide et clusters) modifient la structure électronique de la jonction et par conséquent la caractéristique I(V). Aux faibles tensions en direct, dominées par l’émission thermoïonique, on observe une dépendance linéaire de la hauteur de barrière thermoïonique en fonction de la température. Aux fortes tensions, le modèle de Simmons est utilisé pour décrire la dépendance de la transparence de la barrière tunnel en fonction de la tension. La distribution des défauts localisés à l’interface est déduite des mesures de l’admittance (basse fréquence) et de la modélisation du temps de réponse τR(V) en utilisant un modèle de jonction tunnel hors équilibre. La faible densité de défauts près du milieu de gap indique une bonne passivation des liaisons pendantes à l’interface ML / Si de la jonction.

Electrical transport in ultrathin Metal-Insulator-Semiconductor (MIS) tunnel junctions is analyzed using the temperature dependence of current voltage and admittance spectroscopy measurements applied to Hg // ML – n Si junctions. The coverage and thickness of molecular layers (-CnH2n+1, -C10H20-COOH) covalently bonded to Si(111), before and after capping with clusters (Se8Re6(TBP)4(OH)2, Mo6Br8F6), are deduced from XPS and ellipsometry. The I(V) characteristics are described using a new model for transport in ultrathin MIS junctions. We observe that functional groups (acid, clusters) modify the electronic structure of the junction and consequently the I(V) characteristics. In the low forward bias regime governed by thermionic emission, the observed linear T-dependence of the effective barrier height provides the thermionic emission barrier height and the tunnel barrier attenuation. In the high-forward-bias regime, the bias dependence of the tunnel barrier transparency is approximated by a modified Simmons model for a rectangular tunnel barrier. The density distribution of defects localized at the ML / Si interface is deduced from admittance data (low-high frequency method) and from a simulation of the response time τR(V) using a model for a non equilibrium tunnel junction. The low density of electrically active defects near mid-gap indicates a good passivation of dangling bonds at the ML / Si interface.