Functionnalization and atomic force microscopie (AFM-) directed structuration of hydrogenated silicon surfaces
Fonctionnalisation et structuration par microscopie à force atomique (AFM) de surfaces de silicium hydrogéné
Résumé
Organic monolayers covalently bound to semiconductors allow modulation of their electronic characteristics. In this context, silicon substrates bring high interest and have already been used in microelectronics manufacturing. One's of nanotechnology's challenges is the building of organized assemblies of nano-objects in order to locate and orientate precisely working components for future applications. Among lithography techniques, Scanning Probe Microscopy is a powerful tool to engineer and design nanostructures on surfaces. Here, we present use of Atomic Force Microscopy as a tool for surface patterning and more precisely, the Local Anodic Oxidation with a conducting AFM-tip of silicon surfaces which have been previously passivated by a well-ordered organic monolayer. The generated silicon oxide nanopatterns are then removed by dipping the surface in diluted fluorohydric acid. So, the produced surface contains potentially reactive areas of hydrogenated silicon nanopatterns surrounded by an insulating organic matrix. Secondly, we focuse on the proof-of-concept results of the selective deposition of gold particles in these active patterns. Due to the difference between redox potentials of silicon and gold salt, gold reduced spontaneously on silicon surface. Direct application could be the development of nanoelectrode architectures with well-controlled surface area and geometrical pattern. It could also be possible to use silicon chemistry to directly functionalize the active patterns. The last part of this work deals with the immobilization of electroactive units (ferrocene) and nano-objects (metal clusters and carbon nanotubes) on homogeneous and structured silicon surfaces.
Le greffage covalent de monocouches organiques à la surface du silicium permet de contrôler ses propriétés électroniques. Un des challenges des nanotechnologies est de construire des assemblages ordonnés de nano-objets pour positionner et orienter précisément les éléments actifs des futurs dispositifs. Parmi les techniques de lithographie à l'échelle nanométrique, l'utilisation de microscopes à sonde locale est une méthode très versatile pour l'élaboration de nanostructures superficielles. Ces travaux présentent l'utilisation du microscope à force atomique comme un outil de structuration de surface et plus précisément, l'oxydation anodique locale avec une pointe AFM conductrice de surfaces de silicium précédemment passivé par une monocouche organique dense et organisée. L'oxyde de silicium généré est ensuite dissout par trempage dans de l'acide fluorhydrique dilué. Les surfaces obtenues possèdent alors des sites de silicium hydrogéné potentiellement réactifs entourés d'une matrice organique isolante. Ensuite, nous présentons les résultats de dépôt sélectif de particules d'or dans ces structures réactives. De part la différence de potentiel d'oxydoréduction, le sel d'or se réduit spontanément à la surface du silicium. Il serait aussi possible d'utiliser la chimie du silicium pour fonctionnaliser directement les structures de silicium hydrogéné. La dernière partie de cette thèse rapporte l'étude d'immobilisation d'unités électroactives (ferrocènes) et de nano-objets (clusters métalliques et nanotubes de carbone) sur des surfaces de silicium homogènes et structurées.