Couches moléculaires électroactives à base de polyoxométallates pour la nanoélectronique

Electroactive polyoxometalate-based molecular layers for nano-electronics

• Auteur / Autrice : Raphaël Salles
• Direction : Anna Proust, Pooi See Lee
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 13/12/2021
• Etablissement(s) : Sorbonne université en cotutelle avec Nanyang Technological University (Singapour)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie moléculaire de Paris centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut parisien de chimie moléculaire (2009-....)
• Jury : Président / Présidente : Rodrigue Lescouëzec
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dong Zhili
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Christophe Lacroix, Lixin Wu

Mots clés

Mots clés contrôlés

Synthèse (chimie)

Autoassemblage

Polyoxométallates

Mots clés libres

Polyoxométallate

Auto-assemblage

Mémoire résistive

Gels

Greffage covalent

Polyoxometalate

Auto-assembly

Resistive memory

Résumé

Les polyoxométallates (POMs) sont des oxydes métalliques considérés comme des candidats prometteurs dans de nombreux domaines d’application grâce à leur propriétés redox et de réservoir d’électrons. Dans leur forme hybridée, c’est-à-dire avec au moins un bras organique, les POMs peuvent être utilisés comme plateformes pour la synthèse de plus grands dispositifs. Cette thèse, réalisée en cotutelle entre Sorbonne Université et Nanyang Technological University, présente deux aspects de l’intégration d’hybrides à base de POMs dans de grands systèmes pour différentes applications. Premièrement, la formation d’espèces discrètes auto-assemblées et leur agrégation (en fonction des solvants) ont été étudiées. D’un côté un gel a été obtenu, de l’autre une structure de forme carrée a mené à des vésicules et des branches de cerisiers. Deuxièmement, le greffage covalent d’hybrides à base de POM sur des subtrats d’ITO pour la formation de dispositifs de mémoire a été étudié. Après confirmation de l’épaisseur et des caractéristiques de la couche greffée via un panel de techniques (SEM, AFM, XPS…), les propriétés mémoire du système final ont été mesurées, confirmant la nature résistive de la mémoire, ainsi que sa non-volatilité et sa propriété « write once read many » (WORM).

Polyoxometalates (POMs) are nano-scaled metal-oxides, considered as promising candidates in many application fields thanks to their electron reservoir and redox properties. When turned into hybrids, by adding at least one organic arm, POMs can be used as platforms for the synthesis of larger devices. This thesis, realized in co-tutelle between Sorbonne Université and Nanyang Technological University, presents the results of this PhD work focusing on two aspects of POMs-based hybrids integration in large systems for different applications. Firstly, the formation of auto-assembled discrete species and their aggregation under specific solvent conditions was investigated. While on one hand a gel was obtained (organo- or hydro-), on the other hand square-shaped structure were obtained, leading to vesicles or elongated cherry-branches according to the solvent. Secondly, the covalent grafting of POM-based hybrids on ITO substrates for the formation of memory devices was studied. After confirmation of the thickness and the characteristics of the grafted layer via a panel of techniques (SEM, AFM, XPS…), a top electrode was deposited to measure the memory properties of the final system. It confirmed the resistive memory nature, the non-volatility of the device and the “write once read many” character, where an information can be stored but not erased.