Photocorrosion digitale de nanohétérostructures de GaAs/Al0.35Ga0.65As pour la formation de monocouches autoassemblées d'alcanethiols hautement organisées

Abstract

Motivé par l'intérêt fondamental ainsi que de leurs attrayantes applications pratiques, la formation de monocouches autoassemblées (SAMs) d’alcanethiols sur l’or et autres surfaces solides, est un sujet de recherche en cours d’exploration dans le domaine des sciences et technologies. La structure organisationnelle des SAMs d’alcanethiols est dominée par de fortes interactions intermoléculaires manifestées par la qualité des SAMs formées de longues chaînes d’alcanethiols. Les ligands des thiols permettent de couvrir la grande partie des sites de liaisons sur des surfaces nanostructurées plutôt que sur une surface d’or dépourvue de relief ce qui est attribué à la présence de surfaces courbes de nanoparticules et de sommets de surfaces nanostructurées. L’observation de formation des SAMs sur les surfaces composées de semi-conducteurs telle que le GaAs est un enjeu important, car il y a le problème de garder la stœchiométrie de surface et de garder le contrôle de la formation d’oxydes sur ces matériaux. Généralement, la formation de SAMs de hautes densités sur des semi-conducteurs nécessite des surfaces planes. En plus, il a été suggéré dans la littérature que la stabilité chimique et la densité accrue des SAMs pourraient être liées à la présence d'un grand nombre de défauts tels que des îlots d'or, des lacunes, des marches et des adatomes, ce qui correspond à l'énergie de liaison plus importante avec les atomes d'or sur les sites avec des nombres de coordinations plus faibles. Ce projet de maîtrise s’intéresse sur la formation d’alcanethiol SAM sur des surfaces de nanohétérostructures de (001) GaAs/Al0.35Ga0.65As (dGaAs= 12 nm, dAlGaAs= 10 nm) structurées par le processus de photocorrosion digitale (DIP). Ce processus permet de graver avec une résolution ~ 0,1 nm/cycle, permettant ainsi de faire une déposition in situ de différentes SAMs sur des surfaces fraîchement gravées. L’étude a été menée pour les SAMs d’acide 16-mercaptohexdécanoïque (MHDA) qui sont utilisées dans la construction de dispositifs tels que les biocapteurs. La spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier a permis d’observer une augmentation de l’intensité d’absorbance et une diminution de l’énergie de vibration des modes -CH2 des SAMs MHDA formées sur la surface du GaAs dont la rugosité de surface produite par DIP dans une solution d’hydroxyde d’ammonium augmentait à l’échelle nanométrique. Nous avons observé une amplitude d’absorbance de 1,08 x 10-2 (ECH2 = 2919,6 cm-1, FWHM = 20,3 cm-1) des SAMs formées sur la 5e couche de GaAs révélée par DIP qui est 11 fois plus grande que celle observée sur la 1re couche de GaAs (ECH2 = 2922,0 cm-1, FWHM = 25 cm-1). Ce résultat suggère la formation de SAMs MHDA de qualité supérieure à la surface du GaAs. De plus, les résultats démontrent l’utilisation attrayante de la technologie DIP pour la recherche à l’échelle atomique des surfaces impliquant les semi-conducteurs de type III-V et la fabrication d’appareils nanométriques.