Utilisation de l'IBM Blue Gene/P de l'IDRIS : Etude DFT de l?adsorption de molécules sur différentes surfaces de semi-conducteur

Responsable et collaborateurs : Ph. Sonnet, O. Boudrioua, L. Chaput, L. Stauffer

Affiliations : Institut de Science des Matériaux de Mulhouse (IS2M) LRC CNRS 7228 ? Université de Haute Alsace

Collaboration : G. Dujardin, A. Mayne, D. Riedel, G. Comtet, G. Baffou (Laboratoire de Photophysique Moléculaire ? Orsay)

Nous avons étudié les propriétés structurales et électroniques de l?adsorption d?une molécule unique de phthalocyanine hydrogénée sur la surface de 6H-SiC(0001)3×3 dans le cadre d?une étude théorique utilisant un code basé sur la fonctionnelle de la densité (DFT). Dans le cadre d?une collaboration avec le groupe de G. Dujardin à Orsay, ce système a également été étudié à l?aide d?un microscope à effet tunnel. Ceci nous a permis de comparer les images calculées aux images STM expérimentales.

Nous avons utilisé le carbure de silicium (SiC) car ce matériau est pressenti pour jouer un rôle majeur en électronique haute puissance, à haute température et à haute fréquence pour des applications dans les secteurs de l?aérospatiale, de l?automobile, de la distribution d?électricité et de l?industrie nucléaire Le SiC est un semi-conducteur avec une grande bande interdite (2 à 3,4 eV), utilisé notamment en opto-électronique (diodes émettant dans le bleu et l?UV). La valeur du gap de SiC permet de découpler les états électroniques moléculaires des états électroniques du volume. Ce découplage des états électroniques de la molécule et des états électroniques de la surface peut permettre d?augmenter l?efficacité des processus électroniques d?excitation (soit le gap HOMO-LUMO des molécules est inférieur au gap de surface, soit la LUMO se trouve dans le gap). D?autre part, l?excitation électronique locale à l?intérieur même de la molécule devrait permettre plus de sélectivité. Mais pour atteindre cet objectif, il est nécessaire d?étudier, dans un premier temps, comment la molécule interagit avec la surface (conformation, type et nombre de liaisons entre la molécule et le substrat, site d?adsorption?)

Les résultats théoriques indiquent que la molécule forme deux liaisons covalentes Si-N avec le substrat. Cette conformation est rendue possible par la présence de deux groupements imides conjugués. Nous montrons également que l?adsorption des molécules organiques sur 6H-SiC(0001)3×3 diffère de ce qui est observé sur les autres surfaces de semi-conducteurs. Dans le cas de la surface 6H-SiC(0001)3×3, les liaisons pendantes sont éloignées l?une de l?autre mais l?adsorption de la molécule est rendue possible car elle possède deux groupements chimiques réactifs et conjugués séparés par une distance appropriée. Ceci ouvre de nouvelles perspectives pour accrocher des molécules organiques sur des surface de SiC et permet d?explorer de nouvelles propriétés pour ce type de système hybride.

Légende

A gauche, image STM (G. Baffou et al. ORSAY) obtenue à -2 V et 0.3 nA sur une échelle de 5 x 5 nm. A droite, image calculée à partir des densités de charge comprises entre Ef et Ef-2 eV.

• G. Baffou, A.J. Mayne, G. Comtet, G. Dujardin, Ph. Sonnet, L. Stauffer, Anchoring phthalocyanine molecules on the 6H-SiC(0001)-3×3 surface, Appl. Phys. Lett. 91 (2007) 073101.
• G. Baffou, A.J. Mayne, G. Comtet, G. Dujardin, L. Stauffer, Ph. Sonnet, SiC(0001)3×3 heterochirality revealed by single molecule STM imaging, J. Am. Chem. Soc.131 (2009) 3210.