Etude expérimentale de l’adsorption d’hydrogène sur Si(100) sous ultravide et formation de couches

Olivier Pluchery

Description

Etude expérimentale de l’adsorption d’hydrogène sur Si(100) sous ultravide et formation de couches organiquesNadine WitkowskiOlivier PlucheryYves BorenszteinInstitut des NanoSciences de Paris140 rue de Lourmel75015 Paris1Si(100) : une surface idéale pour la nanostructurationLiaison [100]pendanteSi• Rangées de dimères : structuration naturellement linéaire• Liaisons pendantes : réactivité2Surf-H – 13-14 juin 2005 ‰‰‰Fonctionnaliser la surface Si(100)mécanismes d’adsorption de molécules simples sur Si(100)-2x1Adsorption de fonctions chimiques complexes: nitrile, liaisons conjuguées, cycles conjugués, aminesAuto-organisation3Surf-H – 13-14 juin 2005 ¾¾Adsorption moléculaireContexte général de l’électronique moléculaireDélocalisations électroniques sur les moléculesPropriétés électroniques proches de celles de la physique du solideExemple : jonction moléculaire → diode E.L.Développer sur une surface des nano-objets moléculaires dotés de ces propriétés électroniques• fils moléculaires • cristallites moléculaires photoluminescentes4Surf-H – 13-14 juin 2005 Interaction molécules-surfacesÉlaborations des nano-objets suivant 2 approches : 1. Greffage sur siliciumSurface anisotrope réactive + chimisorption → la monocouche moléculaire réplique l’anisotropie du substrat2. Assemblages supra-moléculairesSurface anisotrope peu réactive + molécules « auto-organisantes »→ cristallites moléculaires auto-assembléesSurface Si non ...

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Extrait

Etude expérimentale de l’adsorption d’hydrogène sur Si(100) sous ultravide et formation de couches organiques

Nadine Witkowski

Olivier Pluchery

Yves Borensztein

Institut des NanoSciences de Paris 140 rue de Lourmel 75015 Paris

1

Si(100) : une surface idéale pour la nanostructuration

•

•

Si

[100]

Liaison pendante

Rangées de dimères : structuration naturellement linéaire

Liaisons pendantes : réactivité

Surf-H – 13-14 juin 2005

2

Fonctionnaliser la surface Si(100)

‰ mécanismes dadsorption de molécules simples sur Si(100)-2x1

‰ Adsorption de fonctions chimiques complexes: nitrile, liaisons conjuguées, cycles conjugués, amines

‰ Auto-organisation

Surf-H – 13-14 juin 2005

3

Adsorption moléculaire

¾ Contexte général de lélectronique moléculaire

¾

Délocalisations électroniques sur les molécules

Propriétés électroniques proches de celles de la physique du solide

Exemple : jonction moléculaire → diode E.L.

Développer sur une surface des nano-objets moléculaires dotés de ces propriétés électroniques

 fils moléculaires

 cristallites moléculaires photoluminescentes

Surf-H – 13-14 juin 2005

4

Interaction molécules-surfaces

Élaborations des nano-objets suivant 2 approches :

1. Greffage sur silicium

Surface anisotrope réactive + chimisorption → la monocouche moléculaire réplique lanisotropie du substrat

2. Assemblages supra-moléculaires

Surface anisotrope peu réactive molécules « auto-+ organisantes » → cristallites moléculaires auto-assemblées

Surface Si non hydrogénée → greffage [1] Surface Si hydrogénée → assemblage supra-moléculaire [2]

Surf-H – 13-14 juin 2005

5

urfacelle de SéfertneivitiDéfi ecSpostrtrsoy opecnainA feRtcel

3 ns

5 µm

chocs/s/cm² 1 MC en : l.p.m.

UHV

12 000 km

15 h

3x10 23

P = 760 torr

Techniques de caractérisation

LEED AES Mass spectrometry STM SRDS RAS

1x10 10

P = 5x10 -11    torr

Surf-H – 13-14 juin 2005

Les méthodes expérimentales

6

ocyp caitno Septcor y Electron Diffr opsc Aieerug soociMrc pS ypningScannel  Tun ed )euqitcelféR coostrecpt(oe pi Low Energ

Les deux surfaces hydrogénées

Adsorption à T amb surface di-H : Si(00

Si

surface di-H : Si(001):H-1x1

H

E p = 60 eV

Adsorption à T = 320 °C surface mono-H : Si(001):H-2x1

Si

H

Surf-H – 13-14 juin 2005

E p = 60 eV

7

.70 iS naelC pieircn: p  023.1..05..0.0046 52 fruS id ét réffitneelle  dierée ecflviti 00 5 S 8 eptcorcspo -H –13-14 juin 2 y(rgne 0 E

Surface state

0.4

Si+ads 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 Energy (eV)

0.6 0.5

)eV

R ads

R clean

R = R clean R ads R R

20 15 10 5

 ed eipocsortceptévitiecflré uerplorasi otodiodePh viV–siamL Upe

Filament W

Si

gas adsorption

chambre UHV

spectrmètre

R R

Real time measurements 1 spectrum every 2 s

prisme

computer

S 9

0 juin 2005  10 uSfrH-– 311- 4

1.

Δ R / R

di-hydride

H adsorption at room temperature

H adsorption 0.02 at high temperature  .015 (320 °C) .01 mono-hydride

005

2x1

Optical signature of the adsorption on Si dimers

Cassure des dimères suivi pas SRDS

1x1

Energy (e

3.5

g inakre   b he tof sremid iS eht fo Opngtaru eitac lis

Anisotropie de Si(100)-2x1

Schéma des rangées de diméres : anisotropie

Image STM d’une surface Si(100)-2x1, vicinale 4°

Surf-H – 13-14 juin 2005

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