Monocouches organiques auto-assemblées pour la réalisation de diodes moléculaires

This work concerns the general framework of molecular electronics. After the presentation of the stakes and the challenges, we describe the mainachievements in this field. First, we made self-assembled monolayers on silicon by silanization. These monolayers with various thicknesses (8, 14 and 17 carbons) are functionalized in three chemical steps, with 6 different conjugated moieties at their ends. The structural characterizations (contact angle, ellipsometry, FTIR, AFM, X-ray diffraction) validate the realization of these structures. Thermal studies on these monolayers shows that they are stable to temperatures up to 300°C. The electrical studies reveal that these structures behave as good insulators, and they exhibit a current rectification effect (molecular diode) with an average rectification ratio of 7 and 16 in best cases. This effect has been explained.Second, these functionalized monolayers were obtained in only one step by grafting specific molecules, which contain a grafting head and aconjugated moiety (thiophene), separated by an alkyl chain (of 8 and 13 carbons). The structural characterizations show that the conjugated moietylimits the film density, making it inhomogeneous. The electrical characteristics are consequently inhomogeneous and present parasitic effects.The last structures, monolayers made up with an alkyl chain (17 carbons), a conjugated moiety (4 phenyl derivatives phenyl were used) capped by an other alkyl chain (7 and 18 carbons) were carried out into 3 and 5 chemical steps. The structural characterizations reveal a structure presenting asecond alkyl monolayer almost as dense as the first one. The electrical characterizations demonstrate a small peak in the current voltage curves, typical of a resonant tunnel effect diode.Ce travail se situe dans le cadre des recherches en électronique moléculaire. Après une présentation des enjeux et des challenges, nous décrirons les principales réalisations dans ce domaine. Dans un premier temps, nous avons entrepris la réalisation par silanisation de monocouches autoassemblées sur silicium. Ces monocouches de différentes épaisseurs (8, 14 et 17 carbones) ont été fonctionnalisées en trois étapes chimiques à l’aide de 6 groupements aromatiques. Les caractérisations structurales (mouillage, ellipsométrie, FTIR, AFM, diffraction X) valident la réalisation des structures. L’étude de stabilité thermique sur ces structures montre qu’elles endurent des températures de 300°C pendant 30 minutes. Lors de l’étude électrique nous montrons que ces structures demeurent isolantes, et qu’elles présentent un effet rectificateur de courant (diode moléculaire) avec un rapport rectificateur de 7 en moyenne et de 16 dans le meilleur des cas. L’origine de cet effet a été expliqué.Dans une deuxième partie, ces monocouches fonctionnalisées ont été obtenues en une seule étape par greffage de molécules contenant une têtegreffante et un groupement conjugué (thiophène), séparé par une chaîne alkyle (de 8 et 13 carbones). Les caractérisations structurales ont montré que le groupement limite la densité du film, le rendant inhomogène. Les caractéristiques électriques sont par conséquent inhomogènes et présentent des effets parasites.La dernière structure, une monocouche constituée d’une chaîne alkyle (17 carbones), d’un groupement dérivé phényle (4 différents ont été utilisés) recouvert d’une autre chaîne alkyle (7 et 18 carbones) a été réalisée en 3 et 5 étapes chimiques. Lors de la caractérisation structurale nous avons trouvé une structure présentant une seconde monocouche alkyle presque aussi dense que la première. La caractérisation électrique courant-ension fait apparaître un léger pic caractéristique d’une diode à effet tunnel résonant