Faire la transition des dispositifs électroniques du silicium à l'organique
Les monocouches auto-assemblées (SAM) de molécules organiques font l'objet de nombreuses recherches et d'un développement poussé pour leur rôle potentiel dans la formation de dispositifs électroniques organiques par auto-assemblage. Les molécules organiques présentent une diversité et une complexité qui n'existent pas en chimie inorganique. De plus, elles peuvent être réalisées sur des substrats flexibles et sont compatibles avec des techniques de traitement à bas coût. Particulièrement intéressantes, elles pourraient constituer la clé d'une miniaturisation plus poussée de l'électronique avec des fonctionnalités améliorées. Il est probable que cette miniaturisation atteindra ses limites techniquement et économiquement au cours de la prochaine décennie avec les dispositifs traditionnels de semi-conducteurs à oxyde de métal (CMOS) à base de silicium. Afin d'assurer une transition, la nouvelle électronique moléculaire doit être compatible avec les technologies CMOS actuelles. Des chercheurs financés par l'UE ont développé des électrodes compatibles avec les CMOS formées à partir de jonctions métal-molécule-métal dans le contexte du projet 'Towards CMOS-compatible molecular electronics' (TO COME). Le cœur du travail portait sur la compatibilité avec des électrodes en métaux nobles autres que l'or, déjà utilisées en électronique moléculaire. Les chercheurs ont choisi le palladium (Pd) pour sa mobilité de surface réduite par rapport à l'or et sa relative abondance. Les chercheurs ont développé une installation de microscopie à effet tunnel (STM) et de spectroscopie à effet tunnel (STS) haute résolution abritée dans un laboratoire sans interférences («noise-free lab») pour étudier les processus moléculaires et les paramètres électrochimiques in situ. L'installation a été utilisée pour caractériser les divers groupes d'ancrage comme solutions de remplacement aux thiols et avec l'objectif d'améliorer le couplage électronique à l'interface molécule-métal pour réduire la résistance au passage du courant. L'équipe a développé des techniques pour la fabrication de substrats Pd extra-plats pour étudier les couches minces de SAM. Cette nouvelle méthode économique a permis de produire des films métalliques avec une texture lisse à l'échelle atomique. Les chercheurs ont ensuite étudié l'auto-assemblage moléculaire et l'adsorption à l'aide de l'installation de STM qui permettait un suivi des mouvements au niveau des simples molécules. Ils ont également étudié les systèmes moléculaires lorsqu'ils étaient partiellement découplés du substrat. Cela a une importance considérable pour la fabrication des grilles organiques dans les transistors à couche mince. Enfin, les chercheurs ont fabriqué des dispositifs de nanopores dans lesquels les molécules étaient piégées dans des nanopores formés par lithographie, gravés dans des substrats de métal extra-plats. Les chercheurs du projet TO COME ont développé de nouvelles plates-formes métalliques extra-plates facilitant l'adsorption de SAM avec une large gamme de molécules. Les SAM sur puce représentent une transition importante depuis les dispositifs CMOS vers l'électronique organique ou moléculaire avec des fonctionnalités formidables dans des packages toujours plus petits.