L'électronique moléculaire constitue une alternative technologique pour la nanoélectronique. Ce domaine nécessite l'invention de nouveaux équipements afin de pouvoir déposer de grosses molécules fragiles sur des surfaces isolantes sous ultra haut vide (UHV). Conserver intacte la structure spécifique de la molécule après adsorption est primordial pour les fonctionnalités du dispositif envisagé. La technique de dépôt généralement utilisée pour déposer des atomes et molécules neutres sous UHV est l'évaporation thermique, cependant cette technique est trop énergétique pour déposer des molécules fragiles. Il est donc nécessaire de concevoir des procédés de dépôt de molécules ionisées moins destructifs. Une technique alternative consiste à utiliser un spectromètre de masse dédié à l'étude des protéines.
L'appareil commercial utilisé pour notre étude est un spectromètre de masse Finnigan triple quadrupôle TSQ700, couplé à un équipement multi-chambres, sous UHV, appelé DUF (« Dinamo » UHV Factory). Afin de transformer le TSQ700 en source d'ions de basse énergie, nous avons étudié la distribution en énergie des ions en sortie de l'analyseur, simulé à l'aide du logiciel SIMION®. Cette étude a révélé de manière inattendue que le faisceau d'ions présentait une trainée à haute énergie pouvant aller jusqu'à 1500 eV. Dans la littérature, l'énergie maximum, pour déposer des molécules ionisées en soft landing, doit être inférieure à 5 eV. Le faisceau d'ions doit donc être trié en énergie afin d'éliminer la trainée à haute énergie. Nous avons choisi pour cela d'ajouter un secteur électrostatique à 127° après le dernier quadrupôle. La distribution en énergie du faisceau d'ions est mesurée in situ par le biais d'une grille de filtration en énergie. la mesure du courant d'ions en sortie du secteur électrostatique montre que la trainée haute énergie a bien été supprimée.
Le spectromètre modifié a été utilisé pour déposer des ions CF3+ sur une surface KBr (001). Cet échantillon a ensuite été caractérisé par NC-AFM (Non-Contact Atomic Force Microscopy et KPFM (Kelvin Probe Force Microscopy). Aucun ion moléculaire n'a été observé sur les terrasses, montrant que CF3+ diffuse à température ambiante jusqu'au niveau des marches de KBr qui sont décorées. Les images KPFM montrent que les bords des marches sont soulignés en noir. Cette observation confirme la présence de charges positives. La caractérisation par microscopie KPFM sur isolants massif n'est pas encore entièrement comprise, cependant nous pensons que ce type d'expériences permettra de progresser vers une meilleure compréhension de cette technique KPFM.
|
Molecular electronics is an alternative technology for nanoelectronics. It requires the conception of new equipments in order to deposit large and fragile molecules on insulating surfaces under ultra high vacuum (UHV). Keeping intact the deposited molecules is essential for the functionality of the fabricated devices. The most generally used deposition technique for molecules under UHV is thermal evaporation. However, this technique is often detrimental for fragile molecules. The development of less destructive deposition methods is therefore needed. An alternative technique is based on the use of a dedicated mass spectrometer.
The commercial device used for our study is a Finnigan triple quadrupole mass spectrometer TSQ700 coupled to a multi-chamber equipment under UHV called DUF ("Dinamo" UHV Factory). To transform the TSQ700 in a low energy ion source, we studied the energy distribution of the ions at the exit of the analyzer by using the simulation software SIMION®. This study revealed that surprisingly, the ion beam at the output of the quadrupole displays a high energy tail up to 1500 eV. This high energy tail is not compatible with the soft landing conditions that should be achieved to deposit the ions: it is well known that their energy should be below approximately 5 eV as found in literature. The ion beam must then be filtered in energy in order to remove the high energy tail. To filter the ions in energy, we decided to add a 127° electrostatic sector. The ion current measured at the output of electrostatic sector showed that the high-energy tail has been removed after this modification.
The modified spectrometer was used to deposit CF3+ ions on a KBr(001) surface. This sample was then characterized by NC-AFM (Non-Contac Atomic Force Microscopy) and KPFM (Kelvin Probe Force Microscopy). No molecular ions were observed on the terraces, showing that they diffuse at room temperature to the KBr steps. In the KPFM images, the step edges are underlined in black. This observation is consistent with the presence of positive charges. KPFM on bulk insulators is not yet fully understood, however we foresee that this type of experiments will allow to progress towards a better understanding of this technique.
|