Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg
185 pages
Français

Découvre YouScribe en t'inscrivant gratuitement

Je m'inscris

Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg

Découvre YouScribe en t'inscrivant gratuitement

Je m'inscris
Obtenez un accès à la bibliothèque pour le consulter en ligne
En savoir plus
185 pages
Français
Obtenez un accès à la bibliothèque pour le consulter en ligne
En savoir plus

Description

Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8

  • redaction


Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg Thèse de doctorat de l'Université de Strasbourg Couches minces de Phthalocyanine, de l'électronique organique vers l'électronique moléculaire. par Jean-Baptiste Beaufrand Soutenue publiquement le 16 Juin 2011 devant le jury composé de : Bernard Doudin Directeur de thèse Eric Beaurepaire Directeur de thèse François Montaigne Rapporteur externe Michel Viret Rapporteur externe Jean-Louis Gallani Examinateur interne Pierre Seneor Invité

  • électronique moléculaire

  • mention spéciale pour les rosties

  • transport de charges

  • merci

  • magnétorésistance organique

  • concepts de base de spintronique

  • electronique organique

  • merci aux fantastiques pilotes de kart


Sujets

Informations

Publié par
Publié le 01 juin 2011
Nombre de lectures 93
Langue Français
Poids de l'ouvrage 22 Mo

Extrait

Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg
Thèse de doctorat de l’Université de Strasbourg
Couches minces de Phthalocyanine,
de l’électronique organique
vers moléculaire.
par
Jean-Baptiste Beaufrand
Soutenue publiquement le 16 Juin 2011 devant le jury composé de :
Bernard Doudin Directeur de thèse
Eric Beaurepaire de thèse
François Montaigne Rapporteur externe
Michel Viret Rapporteur externe
Jean-Louis Gallani Examinateur interne
Pierre Seneor InvitéRemerciements
Merci à Eric et Bernard pour m’avoir fait découvrir le monde de la recherche et de
m’avoir guidé tout au long de cette thèse. Merci aux membres du jury pour avoir accepté
de juger ce travail et donc lu en entier ce manuscrit.
Merci à Hicham, Sabine Siegwald (et tes bonnes confitures) et Sabine Douls pour l’uti-
lisation de la salle blanche. Merci à Alain pour m’avoir appris la lithographie électronique.
Merci à Victor pour les images AFM. Merci à Fabien, pour tes multiples services rendus
dans le labo. Merci à Martin, Samy, Jean-Paul et Loic pour les expériences passées en
synchrotron, avec une mention spéciale pour les rosties. Merci à Neil pour m’avoir initié
aux mesures électriques et à la programmation (bonne chance pour ta nouvelle vie de
prof), Andrei et Jean-François (MC Dayen) pour les longues heures passées ensemble à
détruire consciencieusement des échantillons.
Merci à Saqib (I Would like to buy a Hamburger), Filip (I hope that you will open a
low cost travel agency), Thibaut (t’es de retour mec, et en super forme), Puja, Ali, Logan,
thésards et postdocs, collègues de bureau. Merci à Nabil (Mais c’est qui Bob?), Vina (Fa-
cebook addict), Guillaume (futur PDG), Petru (Tomi Hungerer model), Sylvia (good luke
for your thesis), Venkata (You are the next Rajnikanth), Bodan, Nela (félicitations pour
ta fille), thésards et postdocs, collègues de labo. Je vous souhaite beaucoup de réussites et
j’espère tous vous revoir souvent!
Merci à Romain, Laureen, Thibaut (encore lui), Julien, Benjamin, David (l’homme
volant), Christian pour les très bons moments partagés lors de notre inoubliable voyage en
Corée. Merci à Jean, Bertrand, Vincent, Reda, Mohamad, Atef, Marzena, Hélène Feldner,
Hélène Vonesch, et tous ceux que j’oublie, thésards à l’ipcms. Merci à la ZBW Team pour
m’avoirforcéàrecommencerlesport.MerciauxfantastiquespilotesdeKart(Mentionspé-
ciale pour David). Merci à Jacek, Christophe, Yves, Daniel, Lucie, Xavier, Olivier, David,
Yanick, J-F Rouland, Manu, Guy, Veronique, Gille, Arnaud, Silviu... et Tomi Hungerer.
iMerci à mes amis, Pierre, Guillaume, Rémi, Diana, Anne-Laure, Julie, Diane, Jere-
mie...pour m’avoir supporté, merci à ma Xbox.
Merciàmafamille,àmamèreMarcelline,àmonfrèreJulienetmabellefamilleMichel,
Marie, Thomas, Hélène.
Un grand merci à Florence, pour partager ma vie (et accessoirement corriger les très
nombreuses fautes d’orthographe de ce manuscrit) et à ma fille Juliette (pour être née
pendantlarédactiondecettethèse,m’empêcherdedormiretmefairebeaucouprelativiser
sur mes priorités).Table des matières
Introduction 1
I Éléments d’électronique organique et moléculaire 5
1 Électronique organique 7
1.1 Semi-conducteur organique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2 Transport de charges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.2.1 Transport de charges dans un semi-conducteur ordonné . . . . . . . 8
1.2.2 Transport de charges par "hopping" dans un système désordonné . . 9
1.2.3 Courant limité par les charges d’espace (SCLC) . . . . . . . . . . . . 9
1.3 Transistor organique à effet de champ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2 Spintronique 13
2.1 Concepts de base de spintronique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.1.1 Magnétorésistance géante (GMR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.1.2 tunnel (TMR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.2 États résonants et TMR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.3 Spintronique organique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.3.1 Rôle de l’interface métal ferromagnétique/organique . . . . . . . . . 17
2.4 Magnétorésistance organique (OMAR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3 Du nano-contact à l’électronique moléculaire 23
3.1 Grandeurs fondamentales et modes de transports . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.1.1 Les grandeurs fondamentales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.1.2 Les différents modes de transports . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.1.3 Transport quantique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.2 Transport à l’échelle d’un atome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
iiiiv Table des matières
3.2.1 Les différentes méthodes de fabrication de contacts atomiques . . . . 28
3.2.2 Transport quantique dans des contacts métalliques . . . . . . . . . . 29
3.2.3 Transport dans les nano-contacts ferromagnétiques . . . . . . . . . . 29
3.3 Électronique moléculaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.3.1 Blocage de Coulomb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.3.2 Effet Kondo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4 Métallo-Phthalocyanine 45
4.1 Structure cristallographique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4.2 États orbitaux des MPc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4.3 Phthalocyanine et électronique organique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.4 Phthalocyanine et moléculaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
II Réalisations expérimentales 51
5 Couches minces : croissance et caractérisation 53
5.1 Purification de phthalocyanine par sublimation . . . . . . . . . . . . . . . . 53
5.2 Dépôt de phthalocyanine en couches minces sous ultra-vide . . . . . . . . . 54
5.3 Caractérisation des films . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
5.3.1 Diffraction de rayons X (XRD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
5.3.2 Microscopie à force atomique (AFM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
5.3.3 Microscope électronique à balayage (MEB) . . . . . . . . . . . . . . 57
6 Micro et Nano-fabrication 59
6.1 Principe de lithographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
6.2 Réalisation d’échantillons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
6.2.1 Électrodes inter-digitées pour transistor organique à effet de champ . 61
6.2.2 Nano-tranchée à grand rapport d’aspect . . . . . . . . . . . . . . . . 63
6.2.3 Échantillon pour l’électromigration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
7 Électromigration 71
7.1 Éléments théoriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
7.1.1 Densité de courant critique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
7.1.2 Effet de la température . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
7.1.3 Structure cristalline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75Table des matières v
7.2 Dispositif expérimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
7.2.1 Échantillon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
7.2.2 Électronique de contrôle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
7.3 Caractéristiques physiques d’une nano-jonction . . . . . . . . . . . . . . . . 80
7.3.1 Partie I : Régime diffusif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
7.3.2 Partie II : Régime quasi-balistique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
7.3.3 Partie III : Régime Tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
III Résultats expérimentaux 85
8 Croissance de Phthalocyanine 87
8.1 Croissance de CoPc sur SiO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 872
8.1.1 Croissance de films de 20 nm en fonction de la température . . . . . 87
8.1.2 de films à 260˚C en fonction de l’épaisseur. . . . . . . . . 89
8.2 Croissance de CoPc Sur Cobalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
8.3 de nano-fils de CoPc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
8.4 Bilan : quel approche pour le transport? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
9 Interface Métal/Organique 95
9.1 Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
9.1.1 Spectrométrie d’absorption des rayons X (XAS) . . . . . . . . . . . 95
9.1.2 Dichroïsme Magnétique Circulaire des rayons X (XMCD) . . . . . . 97
9.2 Dispositif expérimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
9.2.1 Préparation d’échantillons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

  • Univers Univers
  • Ebooks Ebooks
  • Livres audio Livres audio
  • Presse Presse
  • Podcasts Podcasts
  • BD BD
  • Documents Documents