Palacin, Serge (21 rue Antoine Coypel, MONTIGNY LE BRETONNEUX, F-78180, FR)
Bourgoin, Jean-philippe (53 La Rotonde, VOISINS LE BRETONNEUX, F-78960, FR)
Ameur, Sami (15 rue Juliette Adam, Bât A, GIF SUR YVETTE, F-91190, FR)
Charlier, Julienne (10 Résidence Les Quinconces, GIF SUR YVETTE, F-91190, FR)
Bureau, Christophe (24rue de la Liberté, SURESNES, SURESNES, F-92150, FR)
Palacin, Serge (21 rue Antoine Coypel, MONTIGNY LE BRETONNEUX, F-78180, FR)
Bourgoin, Jean-philippe (53 La Rotonde, VOISINS LE BRETONNEUX, F-78960, FR)
Ameur, Sami (15 rue Juliette Adam, Bât A, GIF SUR YVETTE, F-91190, FR)
Charlier, Julienne (10 Résidence Les Quinconces, GIF SUR YVETTE, F-91190, FR)
| 1. | Procédé de greffage localisé sans masque de molécules organiques susceptibles d'tre électriquement activées, sur une surface composite comprenant des portions conductrices et/ou semiconductrices, par mise en contact desdites molécules organiques avec ladite surface composite, dans lequel ledit greffage est réalisé électrochimiquement en une seule étape sur des zones choisies, définies, desdites portions conductrices et/ou semiconductrices, lesdites zones étant portées à un potentiel supérieur ou égal à un potentiel électrique seuil déterminé par rapport à une électrode de référence, ledit potentiel électrique seuil étant le potentiel audelà duquel se produit le greffage desdites molécules organiques. |
| 2. | Procédé selon la revendication 1, dans lequel la surface composite est constituée d'un pavage de matériaux de natures différentes. |
| 3. | Procédé selon la revendication 2, dans lequel les matériaux de natures différentes diffèrent par au moins l'un des paramètres suivants : travail de sortie électronique dans le vide, solvatation de la surface par un solvant d'électrolyse, activité de Brönsted dans le solvant d'électrolyse. |
| 4. | Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la surface composite est une surface de semiconducteur, par exemple de silicium, dopée selon une topologie déterminée. |
| 5. | Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la surface composite est une surface constituée par un semiconducteur, tel que le silicium, sur lequel est déposé un autre semiconducteur, tel que le titane oxydé. |
| 6. | Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la surface composite est une surface constituée par un semiconducteur et un métal. |
| 7. | Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la surface composite est une surface constituée par un métal sur lequel se trouve déposé un autre métal. |
| 8. | Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la surface composite est constituée par un objet sur une surface. |
| 9. | Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel ladite surface composite est une surface de silicium et d'or ou de dioxyde de silicium et d'or. |
| 10. | Procédé selon la revendication 1, dans lequel lesdites molécules organiques sont choisies parmi les molécules électrogreffables et les molécules électroclivables. |
| 11. | Procédé selon la revendication 4, dans lequel lesdites molécules électroclivables sont choisies parmi les sels de diazonium, les sels de phosphonium, les sels de sulfonium, les sels d'acide carboxylique, les acétates d'aryle, les alcools aliphatiques et les amines. |
| 12. | Procédé selon la revendication 3, dans lequel lesdites molécules électrogreffables sont choisies parmi les monomères vinyliques de formule BRA, où R est un groupement portant une double liaison vinylique, A est un groupement fonctionnel électroattracteur ou électrodonneur, et B est un groupement fonctionnel quelconque, par exemple portant une fonction que l'on désire conférer au polymère final obtenu à partir desdits monomères ; les molécules comprenant au moins un cycle tendu ; les monomères fonctionnalisés dérivés desdits monomères et molécules ; et les mélanges desdits monomères et molécules. |
| 13. | Procédé selon la revendication 12, dans lequel ledit monomère est un monomère dont le polymère est électrogreffable par polymérisation cathodique, choisi parmi l'acrylonitrile, le méthacrylonitrile, le parachlorostyrène, la 4vinylpyridine, les méthacrylates d'alkyle tels que le méthacrylate de méthyle, le méthacrylate d'éthyle, et le méthacrylate de butyle, et les cyanoacrylates. |
| 14. | Procédé selon la revendication 12, dans lequel ledit monomère est un monomère initiable par polarisation anodique choisi parmi la 4vinylpyridine et la Nvinylpyrrolidone. |
| 15. | Procédé selon la revendication 12, dans lequel ladite molécule comprenant au moins un cycle tendu est une molécule pouvant tre ouverte par attaque nucléophile ou électrophile, choisie de préférence parmi les molécules à groupement époxy et les oxiranes. |
| 16. | Procédé selon la revendication 1 dans lequel lesdites molécules organiques greffées constituent un film organique greffé formant une zone électrochimiquement isolante. |
| 17. | Procédé selon la revendication 1, dans lequel lesdites molécules organiques présentent préalablement à leur greffage des propriétés particulières par exemple chimiques, physiques telle que la polarité, optiques ou magnétiques et forment un dépôt localisé possédant lesdites propriétés. |
| 18. | Procédé selon la revendication 1 dans lequel le film organique localement greffé formé par les molécules organiques est fonctionnalisé ou modifié a posteriori pour lui conférer des propriétés particulières par exemple chimiques, physiques, optiques ou magnétiques qu'il ne possédait pas au départ. |
| 19. | Procédé selon la revendication 12 dans lequel le film organique est un film de polyacrylonitrile électrogreffé qui est cuit a posteriori pour le rendre conducteur électrique et bon candidat à la lubrification. |
| 20. | Procédé selon la revendication 18 dans lequel le film organique localement greffé est dopé par exemple avec des sels d'argent qui peuvent tre ensuite révélés par un développeur photographique. |
| 21. | Procédé selon la revendication 1 dans lequel ladite molécule organique est le méthacrylonitrile et le greffage est effectué en effectuant un balayage de potentiel sur ladite surface avec un potentiel seuil de2,3 à2,8 V/ (Ag""/Ag), de préférence de2,4 V/(Ag+/Ag). |
| 22. | Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 21 dans lequel la surface composite est choisie parmi les surfaces des circuits de microélectronique, tels que les biopuces, les microcapteurs et les « labonchips » et les surfaces des dispositifs de microfluidique, des pièces de micromécanique et d'orfèvrerie fine. |
| 23. | Surface composite comprenant des portions composites et/ou semiconductrices sur laquelle sont électrogreffées localement des molécules organiques sur des zones choisies définies desdites portions conductrices et/ou semiconductrices. |
| 24. | Surface composite selon la revendication 23, qui est choisie parmi les surfaces des circuits de microélectronique, tels que les biopuces, les microcapteurs et les « labonchips » et les surfaces des dispositifs de microfluidique, des pièces de micromécanique et d'orfèvrerie fine. |
| 25. | Surface composite selon la revendication 23 ou la revendication 24 dans laquelle une microstructuration ou une nanostructuration est associée à une nature chimique du dépôt. |
| 26. | Surface composite selon la revendication 25 qui est une surface autonettoyante ou antibuée. |
| 27. | Circuit de microélectronique, tel que circuit de biopuce, de microcapteur ou de « labonchip » comprenant une surface composite selon l'une quelconque des revendications 23 à 25. |
| 28. | Dispositif de microfluidique comprenant une surface composite selon l'une quelconque des revendications 23 à 25. |
| 29. | Pièce de micromécanique ou d'orfèvrerie fine comprenant une surface composite selon l'une quelconque des revendications 23 à 25. |
| 30. | Utilisation de la surface composite selon l'une quelconque des revendications 23 à 25 dans la microélectronique, par exemple dans les ttes d'imprimante à jet d'encre, les capteurs électroniques utilisables in vivo, les biopuces, la microfluidique et les labonchips. |
Il existe aujourd'hui quatre moyens identifiés pour réaliser ce type de greffage organique localisé : (i) L'adressage sous rayonnement, électronique ou photochimique1.
(ii) L'électrovaporisation avec masquage2.
(iii) L'adressage mécanique par micropipetage et robot dispenseur3.
(iv) L'adressage électrophorétique bidimensionnel4.
(v) La technique d'impression par microcontact5.
Le point commun des procédés (i) à (v) est qu'ils sont décomposables en : * un pavage, dont on souhaite recouvrir certaines zones avec un revêtement organique ;
un mode de déclenchement de fabrication de liaisons chimiques entre les molécules organiques et la surface. Il s'agit respectivement : (i) d'un faisceau de particules (photos, électrons ou ions) ; (ii) à (v) de réactions de chimisorption ou de physisorption ; ib un procédé de « masquage », responsable de la localisation, qui permet de piloter le fait que le mode de déclenchement agira sur telle zone du pavage et pas telle autre. Il s'agit respectivement : (i) de la focalisation du faisceau ; (ii) d'un masque physique ; (iii) du positionnement mécanique d'une pointe ou d'une buse ; (iv) du protocole bidimensionnel de mise sous potentiel ; (v) de la résolution de la gravure sur le tampon encreur et de la « bavure » des fluides imprimés sur cette gravure.
Dans tous ces procédés, seule la phase de masquage est responsable de la localisation obtenue. En particulier, cette phase est indépendante de la topologie du pavage que l'on souhaite habiller : supposons en effet que ce soit le même pavage que l'on souhaite recouvrir par endroits avec ces différents procédés : à la complexité de la fabrication du pavage se superpose celle du procédé de localisation (ou de « masquage »), qui nécessite le plus souvent un appareillage et une mise au point complexe. Ni le déclencheur de la réaction chimique de fonctionnalisation de surface, ni la localisation offerte par le pavage avant intervention, ne participent à l'efficacité de la localisation : dans le procédé (i) le déclencheur est le faisceau de
particules (photons, électrons ou ions), éventuellement piloté par un masque (voir, à ce sujet, le document US-A-3 271 180 (1966)) ; dans le procédé (ii), le déclencheur (non localisé) est une polarisation du substrat sur lequel viennent réagir des molécules spatialement filtrées par un masque : le masque assure la localisation ; dans le procédé (iii), le déclenchement est à nouveau une polarisation du substrat, et la localisation vient de ce qu'on vient déposer les molécules par micropipetage au fond d'une petite cuvette gravée dans le substrat, et rendue conductrice par dépôt d'or ; dans le procédé (iv), les molécules sont guidées par électrophorèse dans un gel à la zone voulue, puis fixées par réaction chimique dans le gel (à l'aide d'un réactif qui constitue le déclencheur).
Dans tous. ces procédés, la résolution spatiale du greffage est donc celle du procédé de « masquage : elle n'exploite pas au mieux le guide géométrique déjà offert par le pavage.
Un point commun supplémentaire des procédés (ii) à (v) est que la localisation du matériau organique y repose sur un déplacement physique des molécules à greffer, de façon aussi pilotée que possible. La résolution intrinsèque du procédé est alors reliée à la maîtrise du mode de déplacement des molécules : résolution du masque pour (ii), résolution latérale des déplacements mécaniques de microbuses pour (iii), protocole de mise sous potentiel pour contrecarrer les effets de diffusion locale et d'élargissement des spots dans (iv), etc.
La demande de brevet, publiée EP-A1-0 774 662 (1996), décrit la réalisation d'une topologie d'adressage de plots individuels conducteurs sur une surface de semi-conducteur, qui n'est pas l'objet de la présente invention, puisque l'on suppose que le pavage existe, et que c'est précisément sur ce pavage que l'on réalise des fonctionnalisations. Elle mentionne son utilisation possible pour la réalisation locale de réactions électrochimiques. Il s'agit, comme pour le procédé (i), d'un moyen d'obtenir localement un déclencheur de réactions, électrochimiques cette fois, par polarisation sélective d'une zone du pavage, mais la complexité du mode de localisation et du déclencheur se ramènent à celle de la réalisation du pavage : c'est le pavage lui-même qui est censé assurer la localisation. Cette demande de brevet ne fait toutefois pas mention de réactions électrochimiques spécifiques, ni de fonctionnalisations localisées. C'est donc également un procédé où l'on peut obtenir la localisation du fait de la sélection de la zone polarisée, par multiplexage, l'ensemble du support, comportant toutes les zones contactables, étant trempé dans le bain électrochimique. Dans les brevets associés au procédé (iii) 3, il est mentionné toutefois que cette méthode d'adressage individuel avec multiplexage est un frein à l'application sur des gravures denses, du fait de la complexité et du surcoût du multiplexage.
La résolution latérale actuelle des dépôts organiques obtenue par les procédés (i)-(iv) est de l'ordre de quelques dizaines à la centaine de microns.
Cette barrière se retrouve partout, pour des raisons
diverses : focalisation et stabilité chimique dans la zone de greffage pour (i), précision des effets du masquage pour (ii), maîtrise des déplacements mécaniques des buses à haute résolution et grande échelle pour (iii), diffusion et élargissement des plots dans le gel, au cours de la migration pour (iv).
Le procédé d'adressage localisé par multiplexage ne semble a priori borné que par la résolution actuelle de la microélectronique (soit quelques dixièmes de micromètres), mais aucun procédé de fonctionnalisation associé à cet adressage n'est décrit, à notre connaissance. La technique d'empreinte par microcontact5 (v) a une résolution de l'ordre de 100 nm sur une surface plane. Elle n'est pas décrite sur une surface structurée par un pavage.
Les informations sur la stabilité du greffage délivrant la fonctionnalisation primaire obtenue par les procédés (i)- (iv) ne sont pas toutes disponibles.
On pourra remarquer cependant que le procédé (iii), qui utilise la croissance de polymères conducteurs, ne permet pas un greffage solide sur la surface. Comme il est rappelé ci-après, l'électropolymérisation de monomères précurseurs de polymères conducteurs est un mécanisme où la croissance du polymère a lieu en solution, et est suivie d'une précipitation du polymère sur la surface : cette précipitation n'engendre pas, en général, de liaisons chimiques d'interface, et délivre une fonctionnalisation sur la surface, mais pas une fonctionnalisation de la surface. Le procédé décrit dans la référence du point (v) (WO-A-96 29629) met en jeu une liaison covalente Au-S, mais qui n'est pas
obtenue sur un pavage pré-existant, et qui s'avère moins résistante que les liaisons fabriquées par le présent procédé.
En résumé, les procédés de l'art antérieur présentent les inconvénients suivants : - la phase de masquage classiquement utilisée pour effectuer un greffage organique sur une surface minérale étant responsable de la localisation obtenue, la résolution spatiale du greffage est celle du procédé de masquage. Elle est donc au mieux de l'ordre des résolutions actuelles de la microélectronique. Par ailleurs, la localisation du matériau organique repose sur un déplacement physique des molécules à greffer, de façon aussi pilotée que possible. La résolution intrinsèque du procédé est donc également reliée à la maîtrise du monde de déplacement des molécules ; - plusieurs étapes de mise en oeuvre sont nécessaires : la plupart les méthodes connues qui poursuivent le même objectif procèdent par masquage ; par déplacement physique préalable, géographiquement sélectif, de molécules, ou d'activation physico-chimique intrinsèquement localisée, mais indépendante de la résolution du pavage, puis enfin d'un greffage ; - les liaisons métal-molécules fabriquées s'avèrent peu résistantes.
La présente invention a pour but de fournir un procédé qui permette d'obtenir une fonctionnalisation localisée, par exemple, sur un pavage pré-existant, en surmontant et en résolvant les problèmes posés par les procédés de l'art antérieur,
notamment en ce qui concerne la résolution de la phase de masquage, et la solidité de la fixation du revêtement.
Ce but et d'autres encore sont atteints, conformément à l'invention par un procédé de greffage localisé sans masque de molécules organiques susceptibles d'être électriquement activées, sur une surface composite comprenant des portions conductrices et/ou semi-conductrices, par mise en contact desdites molécules organiques avec ladite surface composite, dans lequel ledit greffage est réalisé électrochimiquement en une seule étape sur des zones choisies, définies, desdites portions conductrices et/ou semi-conductrices, lesdites zones étant portées à un potentiel supérieur ou égal à un potentiel électrique seuil déterminé par rapport à une électrode de référence, ledit potentiel électrique seuil étant le potentiel au-delà duquel se produit le greffage desdites molécules organiques.
De préférence, la surface composite est constituée d'un pavage de matériaux de matières différentes.
Avantageusement, lesdites molécules organiques sont choisies parmi les molécules électropolymérisables et les molécules électroclivables.
Avantageusement, lesdites molécules électroclivables sont choisies parmi les sels de diazonium, les sels de phosphonium, les sels de sulfonium, les sels d'acide carboxylique, les acétates d'aryle, les alcools aliphatiques et les amines.
De préférence, lesdites molécules électropolymérisables sont choisies parmi les monomères vinyliques de formule B-R-A, où R est un groupement portant une double liaison vinylique, A est un groupement fonctionnel électroattracteur ou électrodonneur, et B est un groupement fonctionnel quelconque, par exemple portant une fonction que l'on désire conférer au polymère final obtenu à partir desdits monomères ; les molécules comprenant au moins un cycle tendu ; les monomères fonctionnalisés dérivés desdits monomères et molécules ; et les mélanges desdits monomères et molécules.
Avantageusement, ladite surface composite est une surface de silicium et d'or ou de dioxyde de silicium et d'or.
La présente invention permet d'obtenir une fonctionnalisation localisée, par exemple sur un pavage de matériaux de natures différentes pré-existant, en surmontant et en résolvant les problèmes posés par les techniques de l'art antérieur, en particulier, par exemple : - le procédé de l'invention permet une localisation du revêtement avec une résolution dictée par tout ou partie du motif du pavage d'origine (la sélectivité est réalisée principalement par un ajustement du potentiel électrique-mesuré par rapport à une électrode de référence-appliqué à la zone choisie). La résolution obtenue est négligeable par rapport à celle de la microélectronique ; - le procédé est réalisé en une seule étape.
La régiosélectivité de la fixation est obtenue par la
réaction de greffage elle-même. Le coût de mise en oeuvre du procédé est donc moindre ; - la solidité de la fixation du revêtement est inégalée.
Selon l'invention, en effet, la fonctionnalisation est obtenue par électrogreffage de molécules électroactivables, susceptibles de délivrer une couche de molécules ou de macromolécules, greffées sur la surface par l'intermédiaire de liaisons chimiques d'interface.
Peuvent être candidates, par exemple, les molécules électroclivables (comme les sels de diazonium, de phosphonium ou de sulfonium, les arylacétates, les alcools aliphatiques, les amines), ou les monomères délivrant des polymères intrinsèquement isolants (mais pouvant devenir conducteur par post- traitement), comme par exemple des monomères vinyliques ou des molécules à cycle tendu.
Selon l'invention, lorsqu'une surface macroscopique est constituée d'un pavage de matériaux de natures différentes, on parvient ainsi à réaliser le greffage sur certaines zones choisies du pavage, à l'exclusion des autres, alors même que l'on a trempé la totalité de la surface macroscopique dans la solution d'électrolyse.
La sélectivité est réalisée principalement par un ajustement du potentiel électrique-mesuré par rapport à une électrode de référence-appliqué à la zone choisie ; pour cette raison, la sélectivité est obtenue quelle que soit la zone du pavage où le contact électrique a été physiquement installé. Par matériaux
« de natures différentes zu on entend ainsi des matériaux qui diffèrent par, par exemple, au moins l'un des paramètres suivants : travail de sortie électronique dans le vide, solvatation de la surface par le solvant d'électrolyse, acidité de Brönsted dans le solvant d'électrolyse.
Ce greffage localisé en une seule étape représente une innovation significative pour la fonctionnalisation sélective de surfaces composites.
Tout d'abord, comme il est décrit ci-après, la régiosélectivité de la fixation est obtenue par la réaction de greffage elle-même. La résolution est celle du pavage pré-existant, et ne nécessite l'intervention d'aucune méthode de dépôt ni de déplacement moléculaire localisé. C'est pourquoi elle autorise un trempage massif indifférencié de la surface à traiter, alors que la plupart les méthodes connues qui poursuivent le même objectif procèdent par déplacement physique préalable, géographiquement sélectif, de molécules, ou d'activation physico-chimique intrinsèquement localisée mais') ~indépendante de la résolution du pavage, avant de leur appliquer un greffage qui-en lui-même-n'est pas régiosélectif. Cette distinction, importante du point de vue du fonctionnement mais aussi des capacités de résolution du procédé, nous amènera à décrire la présente invention comme celle d'un greffage localisé « en une seule étape ».
Ensuite, le greffage n'a lieu massivement qu'au-delà d'un potentiel électrique seuil, par rapport à une électrode de référence. Ainsi, il aura lieu sur toute zone conductrice ou semi-conductrice portée à ce
potentiel, quelle que soit la méthode par laquelle ce potentiel est obtenu. Sur une surface composée d'un pavage à motif répétitif où l'on souhaite ne greffer que sur une sous-partie du motif mais sur toute l'étendue du pavage, le greffage est réalisable en une seule étape sur toutes ces sous-parties en même temps pour peu qu'elles soient au potentiel voulu (ce qui par exemple le cas si elles sont tout simplement connectées entre elles). Ce cas se présente, par exemple, lorsque l'on réalise des dispositifs de microélectronique gravés sur un seul grand wafer de silicium.
Enfin, lorsque l'on souhaite greffer sur toutes les zones conductrices d'une surface semi- conductrice, il peut être inutile de connecter les zones conductrices entre elles : une mise sous potentiel adéquate de la surface semi-conductrice qui sert de support peut suffire pour réaliser le greffage sur toutes les zones conductrices, et uniquement sur elles.
La présente invention peut trouver une utilisation avantageuse pour la fonctionnalisation sélective des surfaces comme celles des circuits de microélectronique (quelle que soit leur application : bio-puces, microcapteurs, « lab-on-chips », mémoires, etc.), des dispositifs de microfluidique, des pièces de micromécanique ou d'orfèvrerie fine, et plus généralement tous les matériaux ayant des surfaces composites dont au moins certaines portions sont en matériau conducteur et/ou semi-conducteur.
Le revêtement organique greffé est tout d'abord utilisable pour lui-même, par exemple pour les
fonctions de : isolation localisée, conduction localisée, biocompatibilisation localisée, collage localisé, nivellement précis sur des zones de pavage distantes, etc..
Il est également utilisable en tant que primaire de fixation d'autres substances organiques : il constitue, par exemple, un candidat idéal pour la réalisation de supports de base pour des plots organiques très localisés, comme ceux utilisés dans la fabrication des biopuces ou puces à ADN, des puces à protéines, des capteurs, des mimes de surfaces biologiques microstructurées autonettoyantes, etc.
En cela, le greffage localisé de molécules, de polymères ou de co-polymères intrinsèquement isolants est en fait celui de « velcro moléculaires » génériques localisés : il ouvre la voie vers un greffage localisé de tout type de molécule organique, polymérisable ou non, notamment par fonctionnalisation ultérieure (par exemple, par fonctionnalisation chimique ou électrochimique) du film organique greffé.
Cet aspect constitue un élément important de la présente demande.
L'invention ici décrite porte donc notamment : * Sur un procédé, en une seule étape, de fonctionnalisation localisée de portions choisies, conductrices ou semi-conductrices, de surfaces composites constituées, par exemple d'un pavage de motifs, par des revêtements organiques. Ce procédé est notamment caractérisé en ce qu'une portion est déclarée choisie lorsqu'elle est à un potentiel électrique
supérieur à un potentiel seuil par rapport à une électrode de référence la fonctionnalisation sur cette portion intervient alors sans qu'il ait été nécessaire de limiter physiquement l'approvisionnement en molécules servant à la fonctionnalisation à la seule surface de cette portion. En d'autres termes, la fonctionnalisation n'intervient que sur la (les) portion (s) choisie (s) alors que la surface composite est entièrement baignée dans le milieu contenant les précurseurs de la fonctionnalisation.
* Sur l'utilisation du greffage par électropolymérisation de monomères vinyliques ou de monomères à cycle tendu pour réaliser le greffage localisé comme décrit ci-dessus.
'Sur l'utilisation du greffage de molécules électroclivables pour réaliser le greffage localisé comme décrit ci-dessus.
* Sur la structure moléculaire des monomères utilisables pour réaliser un greffage localisé par électropolymérisation, précisant notamment que le terme d'électropolymérisation recouvre à la fois les polymérisations (monomère pur) et les co- polymérisations (mélanges de monomères) électrochimiquement initiées.
* Sur la structure moléculaire des molécules électroclivables utilisables pour réaliser un greffage localisé par électrogreffage par clivage.
* Sur la possibilité d'utiliser ces revêtements organiques greffés pour les fonctions de : conduction électrique et/ou thermique localisée,
isolation localisée, biocompatibilisation localisée, collage localisé, nivellement précis sur des zones de pavage distantes, etc..
'Sur la possibilité d'utiliser ces revêtements organiques greffés comme primaires de fixation pour tout type de molécule organique, par fonctionnalisation chimique ou électrochimique du revêtement greffé, choisi de façon adéquate en fonction de la molécule à y fixer.
* Sur la possibilité d'utiliser le greffage localisé comme masque moléculaire localisé, dégreffable a posteriori, de façon à pouvoir réaliser le greffage d'autres composés organiques sur d'autres zones, et notamment des zones sur lesquelles on ne peut pas réaliser de greffage par électropolymérisation (par exemple des zones isolantes).
'Sur des exemples d'application démontrant le greffage sélectif sur or, sur des surfaces composites Au/Si et Au/SiOz.
Le greffage localisé, à l'échelle micronique ou submicronique, de substances organiques sur des surfaces minérales présente un intérêt pour différents domaines. On pourra citer par exemple ceux reliés à la microélectronique, à ses techniques et à ses applications (nouvelles générations de têtes d'imprimante à jet d'encre, capteurs électroniques utilisables in vivo-en interventionnel ou en implantable, biopuces, microfluidique, lab-on-chips, etc.), ceux reliés à la réalisation de surfaces associant micro-ou nano-structuration et nature
chimique des dépôts (surfaces autonettoyantes, antibuées, etc.).
Dans ces domaines, l'enjeu est de pouvoir fonctionnaliser une zone bien précise d'une surface avec des groupements fonctionnels organiques bien précis, de façon à conférer à cette portion de la surface des propriétés tout à fait spécifiques.
L'intérêt est ensuite de pouvoir juxtaposer de telles zones fonctionnalisées ayant des propriétés-et donc des groupements fonctionnels-différents, de façon à pouvoir créer une fonction, chimique (capture, transduction, biocompatibilisation, collage, etc.) ou physique (électrique, etc.) sur la surface ou sur une partie de la surface.
L'invention se rapporte notamment à une fonctionnalisation sélective de pavages conducteurs ou semi-conducteurs, sur la surface, qui ont pu être obtenus par d'autres moyens ne concernant pas l'invention. Dans le domaine de la microélectronique par exemple, il peut s'agir de plots ou de pistes d'or sur un wafer de silicium, obtenus par exemple par les techniques traditionnelles de photo-ou d'électrolithographie. La résolution globale de la fonctionnalisation organique localisée, telle qu'elle est réalisée dans la présente invention, concerne donc la manière dont la résolution du pavage conducteur ou semi-conducteur initial est préservée ou dégradée par le greffage localisé présenté ici. En d'autres termes, l'efficacité de la localisation du greffage de la présente invention s'évalue moins sur la taille limite de chaque pavage que sur la façon dont les frontières
qu'il délimite avant intervention sont préservées par le présent procédé de fonctionnalisation.
L'intérêt de réaliser une fonctionnalisation organique localisée sur certaines zones d'un pavage de surface tient à ce que l'on peut conférer localement à la surface un certain nombre de propriétés, propre au revêtement organique déposé. En particulier, on peut conférer à une zone du pavage une réactivité chimique spécifique qui permettra de localiser des réactions chimiques ultérieures (par exemple pour une seconde fonctionnalisation) en utilisant des voies de synthèse organique traditionnelles.
Cet aspect prend toute sa saveur lorsque le pavage initial, avant intervention par le présent procédé, est constitué de composés minéraux, et en particulier de différents conducteurs. En effet, les composés organiques sont des matériaux présentant des états de surface localisés : en termes chimiques, on dit qu'ils possèdent des groupements fonctionnels. En ce sens, faire de la chimie sur une surface organique est « simple », dans la mesure où il s'agit de faire réagir des groupements fonctionnels avec d'autres, donc de tirer parti de l'expérience acquise ces 100 dernières années en chimie organique. La situation est tout autre pour les surfaces de conducteurs. La surface des métaux est faite d'états électroniques délocalisés (à part les défauts de surface) : en termes chimiques, la notion même de groupement fonctionnel disparaît, et on ne peut plus traiter la chimie de surface des métaux ou des semi-conducteurs à la lumière de l'expérience acquise en chimie organique.
Le présent procédé permet, en particulier, de résoudre le problème d'interfaçage minéral/organique de façon localisée, en recouvrant préalablement des zones choisies du pavage avec un mince revêtement organique, pouvant ensuite servir de « velcro moléculaire ». Pour cette raison, cette fonctionnalisation sera nommée dans la suite « fonctionnalisation primaire ».
Comme on le verra dans la suite, le procédé décrit dans la présente invention est intéressant car il permet, entre autres : (i) de garantir une interface métal/organique d'une solidité inégalée (les liaisons organique/métal obtenues par électrogreffage n'ont-à ce jour-jamais pu être rompues) ; (ii) d'offrir une capacité de fonctionnalisation « à façon)) du film organique greffé ( « velcro moléculaire » multi-usages), ouvrant la porte vers une large improvisation vers les surfaces « intelligentes ».
En d'autres termes, selon l'invention, en particulier, la fonctionnalisation est obtenue par l'électrogreffage de molécules organiques, polymérisables ou non, mais dont le produit d'électroréaction n'est pas électroactif, tout au moins dans la zone de potentiel permettant l'obtention du greffage. Il peut s'agir par exemple de monomères délivrant des polymères intrinsèquement isolants (monomères vinyliques, à cycle tendu, etc.), ou de molécules électroclivables. Il s'agit de molécules dont le greffage n'a lieu, en conditions électrochimiques, qu'au-delà d'un certain seuil de potentiel auquel est
soumis la zone, conductrice ou semi-conductrice, du pavage, par rapport à une électrode de référence. En cela : Une zone du pavage est déclarée zone choisie lorsqu'elle est portée, par rapport à une électrode de référence, au potentiel permettant le greffage : ce potentiel peut. être apporté par connexion électrique et multiplexage, comme il est décrit dans la demande EP-A1-0 774 662 (1996), à la description de laquelle on pourra se référer, mais également par d'autres méthodes, comme cela est illustré dans les exemples de réalisation.
* La localisation n'est due qu'à celle du pavage : ni le déclenchement, ni l'approvisionnement en précurseurs de la fonctionnalisation localisée ne sont eux-mêmes des procédés localisés. Ils sont donc également moins coûteux que les procédés existants, en termes de mise en oeuvre.
La résolution de la méthode, dans l'enjeu de l'obtention de plots organiques sur une surface, est constituée de la résolution de la méthode de réalisation du pavage, dégradée éventuellement de la propension de la présente méthode à « baver » aux frontières des zones de pavage choisies. Comme nous le verrons, cette dernière est négligeable par rapport aux actuelles résolutions de la microélectronique.
L'invention va maintenant être décrite de manière détaillée dans la description qui va suivre, donnée à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins joints, dans lesquels :
- Les figures 1A et 1B sont des graphiques représentant le diagramme énergétique des niveaux accessibles aux électrons lorsque deux surfaces Si et S2, reliés électriquement, sont plongées dans une solution contenant une molécule vers laquelle elles peuvent transférer des électrons.
Sur l'axe vertical, est porté le potentiel chimique - les figures 2A et 2B sont des vues schématiques de dessus des échantillons utilisés dans les exemples d'application ; - la figure 3A est un cliché en microscopie optique de deux peignes d'or, interdigités, photolithographiés sur une surface de silice épaisse ; - la figure 3B est un schéma du montage réalisé pour contacter le double peigne, par exemple de la figure 3A, sur un substrat époxy à pistes de cuivre, pour connexion au boîtier électrique et au potentiostat ; - les figures 4A, 4B et 4C sont des graphiques montrant le profil d'épaisseur de trois types de peignes interdigités photolitographiés, par exemple de la figure 3A (avec, respectivement, des distances entre les dents interdigitées de 8,32 et 128 pm). En ordonnée, sont portés des nm et, en abscisse, des um ; - les figures 5A et 5B sont des graphiques représentant deux séries de spectres IRRAS, comparés sur surfaces mixtes Si (p) Si02/Au dans la zone des nitriles. En ordonnée, est portée la transmittance
(u. a) et, en abscisse, est portée le nombre d'ondes (cm - la figure 6 est un graphique représentant une série de spectres IRRAS comparés sur surfaces mixtes Si (n) SiO2/Au dans la zone des nitriles ; - les figures 7A et 7B sont des graphiques représentant deux séries de spectres IRRAS comparés sur surfaces mixtes Si/Au dans la zone des nitriles ; - les figures 8A et 8B sont des graphiques représentant deux séries de spectres XPS comparés sur surfaces mixtes Si (p) Sio2/Au dans la région Nls de l'azote. En abscisse, est portée l'énergie de liaison (en eV) et, en ordonnée, est portée la cps (en u. a) ; - la figure 9 est un graphique représentant les spectres XPS comparés sur surfaces mixtes Si (n) Si02/Au (figures 2A et 2B) dans la région Nls de l'azote ; - les figures 10A et 10B sont des graphiques représentant deux séries de spectres XPS comparés sur surfaces mixtes Si/Au (figures 2A et 2B) dans la région Nls de l'azote ; - les figures 11A et 11B sont respectivement l'image et l'analyse profilométrique par microscopie à force atomique (AFM) du peigne des figures 3A et 3B, où les dents des peignes interdigitées sont espacées de 8 um. Sur la figure 11B, on a porté des nm en ordonnée et des pm en abscisse ; - les figures 12A et 12B sont respectivement l'image et l'analyse profilométrique par microscopie à force atomique (AFM) du peigne des figures 3A et 3B, où
les dents des peignes interdigités sont espacées de 32 um, - la figure 13 est un graphique représentant les spectres IRRAS d'une lame composite (figures 2A et 2B) Au/Si (p) 02 polarisée par l'or dans une solution contenant du chlorure de para-nitrophenyl diazonium (exemple 7). Le spectre de référence est porté en haut, et le spectre côté Au, en bas.
- la figure 14 est un graphique représentant la région Nls des spectres XPS d'une lame (figures 2A et 2B) Au/Si (p) 02 polarisée par l'or dans une solution contenant du tétrafluoroborate de para-nitrophényl diazonium sur la partie Au (spectres du haut) et sur la partie Si02 (spectres du bas).
Dans la présente invention, la discrimination spatiale s'effectue uniquement sur le greffage du composé organique, et non pas sur son adressage matériel : la totalité de la surface composite baigne dans la solution contenant la molécule à greffer, et l'on ne polarise électriquement que la zone à greffer.
Le greffage n'a donc lieu que sur la zone adressée électriquement, et nulle part ailleurs. Une fois le greffage réalisé, on sort la surface de la solution.
Après rinçage, la surface complète peut à nouveau être trempée dans une autre solution (contenant une autre molécule), où une autre zone pourra alors être adressée pour greffage.
Le greffage est réalisé par électrochimie organique, au-delà d'un potentiel d'électrode repéré par rapport à une électrode de référence. Les réactions candidates sont par exemple l'électropolymérisation de
monomères pouvant polymériser par voie anionique ou cationique (vinyliques ou cycles tendus, comme il est décrit par exemple dans FR-A-2 480 314), ou les réactions d'électroclivage (ainsi qu'il est décrit par exemple dans WO-A-98/44172 pour les sels de diazonium, ou encore dans WO-A-98/40450 pour les sels d'acides carboxyliques). Ces réactions ont en commun qu'elles délivrent, par électrochimie, un produit de réaction greffé chimiquement sur la surface.
Comme il est exposé ci-après, ce procédé, jamais encore considéré pour le greffage localisé de matériaux organiques, est le seul à permettre une localisation du revêtement avec une résolution dictée par tout ou partie du motif du pavage, alors que la totalité de la surface est au contact de la solution.
Cet aspect fondamentalement nouveau et inventif du procédé de l'invention trouve sa source dans l'élucidation des mécanismes des réactions de greffage, que nous rappelons brièvement ci-après. Notre attention portera sur les réactions d'électropolymérisation, mais le principe est le même avec les réactions d'électroclivage. L'exposé du mécanisme de fonctionnement de ce greffage localisé sera effectué sur l'exemple de surfaces composites de type microsystèmes électroniques (gravures d'or sur silicium ou sur silice).
Toutefois, il n'y a pas lieu de restreindre l'application du procédé selon l'invention à ce type de matériaux ni à ce type de surfaces, en effet, ce procédé s'étend à toutes les surfaces composites comportant des isolants, des semi-conducteurs et/ou des
conducteurs. Ceci apparaît clairement lorsque l'on examine le mécanisme que nous proposons pour le greffage localisé. C'est la raison pour laquelle nous décrivons ici ce mécanisme avec quelque détail : l'objectif n'est pas de présenter une formalisation théorique rigoureuse, mais de montrer comment le contenu de l'invention peut être étendu à des matériaux ou à des applications non citées explicitement ici, mais pour lesquels l'homme de l'art saura tirer logiquement les conséquences permettant une amélioration technique.
On décrit donc, dans ce qui suit, le mécanisme chimique du greffage par électropolymérisation de monomères vinyliques. a. Mécanisme On réalise l'électropolymérisation d'un monomère vinylique sur une surface en soumettant la surface à une polarisation électrique-par rapport à une électrode de référence-tandis qu'elle plonge dans une solution le contenant. Il peut s'agir d'une polarisation négative (ou cathodique), ou bien positive (ou anodique), en fonction de la nature du monomère à polymériser.
La synthèse est réalisée en solvant organique anhydre (acétonitrile, DMF...), en présence d'un électrolyte support constitué en général d'un sel organique (par exemple le perchlorate de tétraéthyl ammonium, ou TEAP). Les modes opératoires de synthèse ont été décrits dans la littérature6. Comme il a été
précisé dans la littérature, l'électropolymérisation de monomères vinyliques donne deux produits de réaction, structuralement identiques mais aisément séparables : 1.1. : Réaction chimique de surface ("surface chemical reaction"), greffage ("grafting")
1. 2. : Désorption ("desorption"), polymérisation en solution ("polymerization in solution") Les schémas 1.1. et 1.2., ci-dessus, décrivent le mécanisme réactionnel rendant compte : (1.1.) du greffage de polymère ; (1.2.) de la formation du radical anion en solution, provoquant la formation du polymère en solution (voir schéma 2). Les schémas portent sur l'exemple de l'acrylonitrile.
* Un polymère chimiquement greffé sur la surface, dont l'épaisseur peut atteindre une centaine de nanomètres environ. La liaison chimique d'interface a été mise en évidence par spectroscopie de photoélectrons X. (XPS) sur des films minces9, ainsi que par diverses autres méthodes10. Ce film résiste au rinçage, même dans un bon solvant du polymère, même sous ultrasons. Contrairement à ce qui a été observé pour les polymères conducteurs, ce polymère greffé est présent même lorsque la surface est soumise à des mouvements de convection importants (comme lorsque la surface est en rotation rapide, aux limites de la turbulence, à plus de 10 000 tours/minute)". Ces éléments ont conduit à proposer un mécanisme de greffage reposant sur une initiation de la polymérisation à partir de la surface (schéma 1) : le transfert électronique métal/molécule a lieu sur la surface de l'électrode. Dans le cas d'une polarisation cathodique par exemple, il en résulte la formation d'un radical anion adsorbé, dont la durée de vie finie conditionne la chimie couplée. Si cette durée de vie est assez longue, ce radical anion adsorbé peut s'additionner à une molécule de monomère, et former un dimère, plus stable puisque la source d'instabilité (la charge négative) s'est éloignée de la surface négative : la formation du polymère greffé a eu lieu (schéma 1-1) ; RRC dimérisation H Han N _ O H 1 N N H'etc H Propagation
Le schéma 2, ci-dessus, décrit le mécanisme réactionnel siégeant à la formation du polymère en solution, à la suite de la désorption du radical anion (schéma 1-2), lors des réactions d'électropolymérisation.
* Un polymère non greffé, encore nommé « polymère en solution », de même structure que le polymère greffé, mais aisément éliminé par rinçage avec un bon solvant du polymère. Il a été proposé que ce polymère résulte de la désorption du radical anion constituant l'intermédiaire réactionnel, faute de disponibilité d'un monomère frais pendant la durée de vie du radical anion sur la surface (schéma 1-2). La polymérisation qui en résulte a lieu intégralement en
solution, puis le polymère prend en masse sur la surface (schéma 2). b. Nature du transfert électronique métal/molécule C'est évidemment-ici-le polymère greffé qui présente un intérêt majeur pour l'invention proposée. De façon à comprendre comment on peut localiser le greffage sur une surface composite, il est indispensable de détailler la façon dont le transfert électronique a lieu.
Il a été démontré que la description du transfert électronique métal/molécule peut être très avantageusement effectuée dans le cadre d'un modèle acide-base de Lewis7'12. Dans ce modèle, chaque antagoniste (la surface métallique polarisée et la molécule de monomère en regard) possède un potentiel chimique global, p : ce potentiel chimique peut être défini de façon très rigoureuse du point de vue mathématique, mais est également mesurable Pour une surface métallique, le potentiel chimique est par exemple égal à l'opposé du travail de sortie du métal (et s'exprime en général en électron-volts). On démontre également que le potentiel chimique est égal, en toute généralité, à l'opposé de l'électronégativité, notion plus intuitive-mais strictement synonyme, au signe près-pour le description des transferts électroniques.
La propension à l'échange électronique entre les deux systèmes est simplement reliée à ces
potentiels chimiques. On peut l'évaluer semi- quantitativement au travers du nombre d'électrons AN échangés du fait de cette différence de potentiels chimiques : #N = KAB(µB-µA) (E1) où A et B sont respectivement l'acide et la base de Lewis dans l'interaction, c'est-à-dire l'accepteur et le donneur d'électrons, et KB est une constante positive. Dans l'équation (E1), il est donc dit que le transfert d'électrons a lieu du potentiel chimique le plus haut vers le potentiel chimique le plus bas (ou encore : de l'électronégativité la plus basse vers l'électronégativité la plus haute).
Il a, de plus, été démontré que lorsqu'un métal est relié à-un potentiel extérieur (une pile, par exemple), alors le potentiel chimique du métal est linéairement relié au potentiel d'électrode imposé expérimentalement, AE 12 : Amétal =-hE + cste (Réf, solvant) (E2) où la constante ne dépend que du solvant utilisé et de la nature de l'électrode de référence. Un raisonnement simple permet de montrer que cette constante est mesurable, et égale à : cste = #EPZC-#, où AEpzc est le potentiel de charge nulle du métal dans la solution (mesurable) et # son travail de sortie dans le vide (mesurable également) 7t 12.
En rapprochant le contenu des équations (E1) et (E2), on en conclut que la polarisation du métal tend à promouvoir et à exacerber les écarts de potentiel chimique entre la surface et la molécule, et donc à augmenter la propension à l'échange électronique. Quand on polarise négativement (AE<0), le potentiel chimique de la surface devient de plus en plus élevé, dépasse celui de la molécule et tend à promouvoir un transfert métal => molécule : c'est ce qui aboutit au schéma réactionnel décrit sur le schéma 1, effectivement obtenu sous polarisation cathodique.
La vitesse à laquelle se produit cet échange électronique conditionne le courant électrique qui passe dans le circuit.
A quelle vitesse se produit cet échange ( ?) La réponse vient de la théorie de MARCUS, qui indique que le courant i-obéit à une loi du type (théorie de MARCUS) : où Ea est une énergie d'activation, que le système doit franchir pour que le transfert électronique ait effectivement lieu, et r une grandeur caractéristique de la concentration de l'espèce moléculaire au voisinage de la surface.
On décrit maintenant, dans ce qui suit, le mécanisme électronique du greffage localisé.
Des trois équations (E1)- (E3), on déduit facilement la possibilité d'un transfert électronique
localisé, et donc d'un greffage localisé si ce transfert électronique est celui ayant lieu dans une réaction d'électropolymérisation.
En effet, considérons deux surfaces de natures différentes, comme par exemple une surface d'or S1 et une surface de silicium S2, ayant chacune leur travail de sortie respectif, 1 et (D2, et leur potentiel de charge nulle respectif, AEpzc 1 et AEpzc2 (figures 1A et 1B). Sur la figure 1A, on a représenté la position des potentiels chimiques lorsque les deux surfaces sont à leur potentiel de charge nulle.
(N. B. : on a estimé que les potentiels de charge nulle étaient voisins, pour pouvoir être atteints simultanément, lorsque les deux surfaces sont en contact électrique) : l'or, ayant un travail de sortie (en solution) plus faible que le silicium, est placé au-dessus du silicium.
Prenons l'exemple de l'interaction de ces surfaces avec l'acrylonitrile (schéma 1). On trouve, quantitativement, que ces deux niveaux sont au-dessus de celui de l'acrylonitrile7. Pourtant, au PZC, aucun courant ne passe, car les barrières d'activation (équation (E3)) sont trop hautes, aussi bien pour un transfert or/acrylonitrile (barrière Ea) que pour un transfert silicium/acrylonitrile (barrière Ea2) (figure 1A).
Si l'on polarise maintenant négativement la surface composite or/silicium, on sait (équation (E2)) que cela fait monter les potentiels chimiques des deux surfaces (toujours en contact électrique). Le potentiel
chimique de la molécule restant-en première approximation-inchangé, la théorie de MARCUS nous indique que ce sont alors les énergies d'activation qui diminuent quand on polarise (figure 1B) : l'or étant au-dessus du silicium, sa barrière d'activation sera abaissée la première, et on parviendra à promouvoir le transfert or/acrylonitrile alors que le transfert silicium/acrylonitrile sera toujours inopérant. En clair, le premier courant qui sera mesuré passera presque exclusivement par l'or, ce qui revient à dire (schéma 1) qu'il n'y aura de greffage de polyacrylonitrile quasiment que sur l'or et pas sur le silicium.
Il est donc tout à fait important de constater que le greffage localisé utilisant les réactions d'électropolymérisation procède d'une sélectivité cinétique : on a du polymère greffé sur S1 et pas sur S2 parce que le transfert électronique et donc la croissance du film greffé sont plus rapides sur S1 que sur S2, et non pas parce qu'ils sont impossibles sur S2.
En d'autres termes, les figures 1A et 1B représentent le diagramme énergétique des niveaux accessibles aux électrons lorsque deux surfaces Si et S2, reliées électriquement, sont plongées dans une solution contenant une molécule vers laquelle elles peuvent transférer des électrons. En (a), (sur la figure 1A), on impose aux deux surfaces un potentiel AE égal à leur PZC [(a) AE = AEpzc]. On note que la barrière d'activation est plus haute pour un transfert
électronique depuis S2 que depuis S1. En (b), (sur la figure 1B), on a appliqué un potentiel d'électrode égal à E°, par rapport au PZC [ (b) AE = E° + AEpzc], et déplacé corrélativement les niveaux de S1 et S2 (E°<0).
On voit que la barrière d'activation de S1 (Eal) disparaît avant celle de S2 : il existe donc une situation intermédiaire où l'on peut permettre le passage des électrons par la surface Si et pas encore par S2.
Une conséquence importante de ce schéma des figures 1A et 1B est que le procédé de greffage localisé par électropolymérisation a lieu quel que soit l'endroit où la mise sous potentiel est appliqué, pour peu que les différentes zones du pavage de la surface composite soient portées au potentiel voulu, permettant le greffage (on peut noter qu'il peut y avoir une chute ohmique entre les-différents pavages. C'est par exemple le cas entre une piste d'or et le silicium ou la silice sous-jacente, dans une puce, attendu qu'il a, en général, fallu réaliser une sous-couche sous l'or, pour améliorer son adhérence) : comme on le verra dans les exemples d'application, le résultat est identique (c'est-à-dire que le greffage a lieu uniquement sur <BR> <BR> <BR> <BR> l'or) qùe l'onsplace lè contact électrique sur ltor ou sur le silicium.
Le raisonnement appliqué ici à l'or et au silicium reste valable pour deux surfaces quelconques, reliées électriquement, et ayant des travaux de sortie suffisamment différents pour que la discrimination ait lieu en termes de barrières d'activation. Il est par exemple envisageable, sur le principe, de réaliser un
greffage sélectif sur certaines facettes d'un polycristal constitué d'un pavage de monocristaux, puisque l'on sait que le travail de sortie d'une surface monocristalline dépend de l'orientation cristallographique (théorie de MARCUS).
Grâce à ce mécanisme, on comprend également pourquoi il est primordial que le polymère (et plus généralement le revêtement organique greffé) résultant de la réaction d'électrogreffage soit un isolant, et pourquoi il n'est pas possible de réaliser un greffage localisé à l'aide de monomères donnant des polymères conducteurs, comme le thiophène ou le pyrrole. En effet : Le mécanisme du schéma 1 n'est pas valable pour les monomères conducteurs : il n'y a pas de réaction de greffage, et l'essentiel de la chimie couplée au transfert a lieu en solution. On ne peut donc détecter la trace chimique de la zone géographique où le transfert électronique a eu lieu.
Lorsque du polymère conducteur se forme sur la surface à un endroit, il est lui-même susceptible d'autoriser le passage du courant, avec une barrière d'activation qui restera inférieure à celle du silicium : le polymère forme constitue une tierce'' surface conductrice, qui va donc croître sur lui-même et s'étaler, pour bientôt couvrir l'ensemble de la surface. Si le transfert a bien été initialisé de manière locale, la chimie qui en découle efface le souvenir de cette localisation.
On va maintenant décrire les caractéristiques expérimentales définissant généralement le procédé selon l'invention.
Réactifs utilisables et milieu de synthèse Les détails avancés dans ce qui précède montrent que les réactifs utilisables sont tout d'abord les monomères polymérisables par voie ionique, et conduisant à un polymère isolant.
Il peut donc s'agir par exemple : 'des monomères, par exemple, à base vinylique polymérisables ou initiables par voie ionique. Ces monomères sont, par exemple, de formule générique B-R-A, où R est un groupement portant une double liaison vinylique, B est un groupement fonctionnel électroattracteur ou électrodonneur (moteur de polymérisation), et b est un groupement fonctionnel quelconque, portant une fonction que l'on désire conférer au polymère final. Sont par exemple initiables par polarisation cathodique : l'acrylonitrile6sa, le méthacrylonitrile J, le para-chloro styrène, la 4-vinyl pyridine, les alkyl méthacrylates (méthyl méthacrylate, éthyl méthacrylate, butyl méthacrylate', etc.), les cyano acrylates, etc.. Sont par exemple initiables par polarisation anodique la 4-vinyl pyridine17, la N-vinyl pyrrolidone6'b, etc. ; de toutes les molécules comprenant au moins un cycle tendu ou à base de cycles tendus qui peut (peuvent) être ouvert (s) par attaque nucléophile
ou électrophile, comme les molécules à groupement époxy et plus généralement les oxiranes.
On peut considérer comme étant utilisables tous ces monomères, les monomères fonctionnalisés dérivés de ces monomères de base, ainsi que tous les mélanges de ces monomères, pour autant qu'ils respectent les contraintes de synthèse par voie électrochimique conduisant à un greffage sur la surface polarisée.
Dans les réactions d'électropolymérisation par voie cathodique par exemple, la polymérisation couplée au transfert de charge est une polymérisation anionique.
Peuvent également être candidates les molécules portant des groupements fonctionnels électroclivables, donnant des radicaux pouvant se greffer chimiquement sur la surface. On peut par exemple citer les sels de diazonium-tels que décrits dans les demandes WO-A-98/44172, à la description de laquelle on pourra se reporter-ou encore les sels d'acide carboxylique-tels que décrits dans WO-A-98/40450, à la description de laquelle on pourra se reporter.
Quel que soit le type de molécule choisi pour réaliser l'électrogreffage, on peut rajouter au milieu réactionnel un électrolyte support, pour faciliter le passage du courant électrique dans la solution.
Protocole de mise sous potentiel Le potentiel auquel on soumet l'électrode de travail, par rapport à l'électrode de référence, a un rôle tout à fait déterminant sur l'obtention d'une réaction d'électrogreffage.
Les voltammogrammes mesurés pour les monomères vinyliques en solvant organique, par exemple, présentent en général un pic, relié au potentiel redox du monomère considéré. Pour la plupart des monomères vinyliques examinés à ce jour, il existe un régime de concentration assez particulier, où les voltammogrammes comportent deux pics, alors qu'il n'y a qu'un seul type de réaction de transfert de charge. Il a été démontré que le premier pic est dû à la consommation massive du monomère au voisinage de l'électrode du fait de la polymérisation en solution, alors que le second pic correspond à la réaction à l'électrode du monomère n'ayant pas été consommé par la polymérisation19.
Ce résultat fournit une information précieuse, quelle que soit la gamme de concentration en monomère : au-delà du potentiel de pic, on fabrique essentiellement du polymère en solution. On peut donc adapter le protocole de potentiel en fonction de cette information de façon à augmenter le rendement du polymère greffé : Si l'on travaille avec une solution sans agent réticulant, tout ce qui est formé en solution est « perdu » au rinçage : quel que soit le protocole de potentiel (conditions voltammétriques, multicréneaux, etc.), il est préférable de choisir un potentiel
d'arrêt (ou de rebroussement) inférieur au potentiel de pic.
Si l'on travaille avec des additifs permettant de solidariser le polymère greffé du polymère non greffé (agents réticulants, voir paragraphe suivant), il est préférable de choisir le potentiel d'arrêt au-delà du potentiel de pic.
De la même façon, il a été démontré qu'un greffage optimal peut être obtenu avec les molécules à groupement fonctionnels électroclivable au-delà d'un certain potentiel (WO-A-98/44172 et WO-A-98/40450).
On décrit dans ce qui suit les potentialités du greffage localisé.
Le greffage localisé, tel qu'on vient d'en exposer le principe, et tel qu'il est illustré dans les exemples d'application qui suivent, peut être utilisé de plusieurs façons : Ob On peut greffer localement un film organique brut, de façon-par exemple-à promouvoir une zone électriquement isolante, ou bien effectuer le dépôt localisé d'une substance aux propriétés particulières (chimique, physique (polarité ou autre), optique, magnétique, etc.). Dans ce dernier cas, il aura alors fallu préalablement fonctionnaliser le précurseur du film organique avec la fonction adéquate, avant électrogreffage.
* Le film organique localement greffé peut être fonctionnalisé ou modifié a posteriori, pour lui conférer des propriétés (chimique, physique, optique, magnétique, etc.) qu'il n'avait pas au départ, et qui
seront-de fait-elles aussi localisées, même si elle est effectuée par trempage global. On peut par exemple cuire a posteriori le polyacrylonitrile électrogreffé pour le rendre conducteur électrique et bon candidat à la lubrification. Toujours, par exemple, dans le but de le rendre conducteur électrique, le polymère greffé localement peut être dopé. On sait, par exemple, « truffer » les polymères avec des sels d'argents, qui peuvent être ensuite révélés in situ avec un développeur (réducteur) photographique (hydroquinone, pyrogallol, p-phénylène diamine, p-amino phénol, etc.), rendant le polymère conducteur. Par ce procédé, on peut donc réaliser, par exemple, des zones conductrices souples.
Le film organique peut être fonctionnalisé a priori, de façon spécifique, de manière à constituer un « velcro moléculaire)), sur lequel toute fonctionnalisation ultérieure demeurera localisée, même si elle est effectuée par trempage global. On peut par exemple envisager de réaliser un collage localisé en ayant introduit un monomère vinylique fonctionnalisé par des fonctions amines (protégées, le cas échéant) dans la formulation : une fois déprotégées, les fonctions amines peuvent alors réagir sélectivement avec une colle époxy. Le collage n'est évidemment qu'un exemple, et tout type de fonctionnalité peut être localement ajouté (lubrification, propriétés optiques, chimiques, physiques, magnétiques, etc.), puisque le problème a été déplacé : la localisation ayant été obtenue grâce au greffage de polymère, on est ramené à
un problème de chimie sur polymère, peu importe la localisation, celle-ci étant alors implicite.
Le film organique greffé peut également servir de masque : supposons que l'on veuille greffer- dans l'exemple du wafer de silicium recouvert d'or- sur le silicium et non pas sur l'or. D'après la figure 1, ceci est impossible de façon directe. On peut par contre procéder en plusieurs étapes : (i) greffer un film organique quelconque sur l'or ; (ii) greffer le film organique voulu sur le silicium (puisque les pistes d'or sont protégées (et en particulier isolantes) une fois recouvertes d'un film de polymère par exemple ; (iii) dégreffer le polymère déposé sur l'or. Compte-tenu de ce qui a été exposé ci-dessus, les deux premières étapes peuvent éventuellement être réunies en une seule en poussant le potentiel d'arrêt du protocole expérimental au-delà du potentiel de pic.
'On peut également inverser les tendances naturelles (figures 1A et 1B) en masquant, au préalable, la surface que l'on souhaite préserver avec toute substance qui s'y adsorbera spécifiquement, même sur une monocouche : en reprenant les figures 1A et 1B, on voit que l'idée sous-jacente consiste à augmenter le travail de sortie de la surface Si par rapport à S2, et de la faire « passer au-dessous » grâce à un traitement préalable. Les thiols sont ainsi des candidats corrects pour masquer l'or, les silanols (comme le y-APS) pour SiO2, etc.
L'invention va maintenant être décrite en référence aux exemples suivants, donnés à titre illustratif et non limitatif.
Exemples 1. Régiosélectivité du greffage : nature des échantillons Deux séries d'échantillons ont été considérées. Tout d'abord les échantillons de surfaces composites examinés sont de géométrie rectangulaire, de dimensions 10 x 50 mm (figures 2A et 2B). Les figures 2A et 2B sont des vues de dessus, des échantillons utilisés dans les exemples d'application. Le silicium est obtenu par épitaxie de silicium dopé p ou n sur substrat SOI (Si02). L'or est obtenu par dépôt sous vide sur sous-couche de titane/nickel, sur substrat SOI ou sur silicium, selon l'échantillon.
La couche de Si épitaxiée sur Si02 est de 480 nm. La sous-couche Ti-Ni est composée de 250 nm de Ti et 450 nm de Ni. La couche d'or a une épaisseur de 200 nm.
Analyses XPS sur échantillons Au/Si02 et Au/Si vierges : 'côté Au : 55.9% Au, 31.6% C, 12.0% 0, 0.5% N ; # Côté SiO2 : 44.9% Si, 3.8% C, 50.5% 0, 0.3% Au, 0.3%, N, 0.2% Ti, trace Ni ;
Côté Si : 32.8% Si, 14.4% C, 51.6% 0, 0.3% Au, 0.3% N, 0.8% Ti, trace Ni.
Analyse profilométrique du bord de marche des échantillons mixtes Au/Si02 et Au/Si avant dépôt organique : hauteur de marche = 760 10 nm.
Ensuite, nous avons également considéré des peignes interdigités d'or sur silice épaisse, obtenus par photolithographie (figures 3A et 3B). Trois types de peignes ont été réalisés, dont les distances entre deux dents interdigitées sont respectivement de 128,32 et 8 MM.
De manière plus précise, la figure 3A est un cliché, en microscopie optique de deux peignes d'or interdigités, photolithographiés sur une surface de silice épaisse. Trois échantillons ont été réalisés, où les distances entre les dents interdigitées (flèches blanches) sont respectivement de 128 Mm, 32 Mm et 8 Mm.
La ligne pointillée sur la figure 3A indique le chemin de la pointe de mesure profilométrique dont les résultats sont indiqués dans les figures 4A, 4B et 4C.
La figure 3B est le schéma du montage réalisé pour contacter le double peigne sur un substrat époxy à pistes de cuivre, pour connexion au boîtier électrique et au potentiostat. On a représenté sur la figure 3B le boîtier d'adressage électrique (31), le substrat époxy (32), les pistes de Cu (33), les contacts dorés (34), et enfin les peignes SiO2/Au (35). Les surélévations d'or constituant les dents des peignes ont une hauteur de 115 nm environ, tel que mesuré par microscopie à force atomique (AFM) ou par profilométrie, comme cela
est montré sur les figures 4A, 4B et 4C, respectivement. De manière plus précise, ces figures montrent les profils d'épaisseur des trois types de peignes interdigités photolithographiés de la Figure 3.
Les rugosités apparentes en haut de chaque dent de peigne ne sont pas pertinentes, étant donné que les distances entre dents et les largeurs de dents sont du même ordre de grandeur que la précision latérale de l'appareil.
2. Caractéristiques du protocole de synthèse * Solution : Méthacrylonitrile (40 %) dans DMF, en présence de 5.10-2 M de tétraéthyl-ammonium perchlorate (TEAP).
# Cellule : TEFLON#, sans compartiments séparés, volume 13 ml.
. Contre-électrode : feuille de Pt 10.4 cm2.
Electrode de référence : Ag/AgC104.
'Surface électrode de travail : 3 cm2 pour les échantillons composites rectangulaires.
Electrochimie. N cycles, conditions voltammétriques : 100 mV/s, avec compensation chute ohmique = IR. Gamme de potentiel : Von à Voff. La totalité de la lame est trempée dans le milieu de synthèse. Le contact électrique (pince crocodile) est réalisé soit sur l'or soit sur l'autre matériau du pavage.
Rinçage électrode : 15 minutes sous ultrasons dans l'acétone + 15 minutes sous ultrasons dans l'eau.
3. Analyse des échantillons Les différents échantillons macroscopiques (lames composites) sont analysés, sur chaque pavage de la surface : 'par spectroscopie infrarouge en absorption-réflexion (IRRAS). La bande nitrile (vers 2 200 cm 1) est également utilisée, sur les spectres IR obtenus, pour une évaluation rapide des épaisseurs de films, grâce à des abaques IRRAS/XPS/ellipsométrie réalisées sur le polyméthacrylonitrile ; par spectroscopie de photoélectrons X (XPS). Outre le-spectre global, une acquisition complémentaire est effectuée sur la région de la raie Nls de l'azote (caractéristique du polyméthacrylonitrile). Le rapport S entre les intensités Nls sur les zones greffées et non greffées constitue notre mesure de la sélectivité du greffage localisé.
Les échantillons microscopiques (peignes interdigités) sont examinés par AFM et par profilométrie, de façon à vérifier la résolution latérale du greffage, à savoir que : (i) deux dents distantes de 8,32 ou 128 Mm ne se retrouvent pas « jointes » par le revêtement greffé ;
(ii) si seul l'un des deux peignes est polarisé au potentiel permettant le greffage, l'autre peigne en vis-à-vis étant mis au potentiel de l'électrode de référence, le greffage n'aura lieu que sur le peigne polarisé.
4. Echantillons macroscopiques (lames composites) Quatre séries d'échantillons ont été produites : Si (n) SiO2/Au, Si (p) Sio2/AU, Si (n)/Au et Si (p)/Au. Les épaisseurs des dépôts obtenus sur les pavages dorés varient de 5 à 120 nm suivant les protocoles électrochimiques, la qualité des surfaces d'or et selon la nature du dopage du silicium.
4.1. Analyse infrarouge Les figures 5A et 5B montrent les spectres IRRAS comparés, dans la région des nitriles, sur le côté or et sur le côté Si02 pour un silicium dopé (p). Les épaisseurs obtenues dans les deux cas sont de l'ordre de 40 nm, mais correspondent à des surfaces d'or de qualités différentes (répertoriées en première et deuxième séries d'échantillons), et selon des protocoles électrochimiques différents.
Plus précisément, les figures 5A et 5B sont les spectres IRRAS comparés sur surfaces mixtes Si (p) Si02/Au (figures 2A et 2B) dans la zone des nitriles. Le spectre de la figure 5A a été réalisé dans les conditions suivantes : première série : 50 balayages,
Von =-0, 641 V/(Ag/Ag), Voff =-2 400 V/(Ag+/Ag), IR = 100 Q et le spectre de la figure 5B a été réalisé dans les conditions suivantes : deuxième série : 10 balayages, Von =-0,538 V/(Ag+/Ag), Voff =-2 600 V/(Ag/Ag), IR = 100 Q. Les surfaces sont de provenance différente dans chaque série.
La figure 6 montre les mêmes spectres IRRAS comparés pour une surface mixte Si (n) SiO2/Au de la première série.
Plus précisément, la figure 6 montre les spectres IRRAS comparés sur surfaces mixtes Si (n) SiO2/Au (figures 2A et 2B) dans la zone des nitriles. Première série : 20 balayages, Von = -0, 723 V/(Ag+/Ag), Voff = -2 400 V/(Ag+/Ag), IR = 80 Q.
Les figures 7A et 7B montrent les spectres IRRAS comparés, dans la région des nitriles, sur le côté or et sur le côté Si pour un silicium dopé (n) et (P)- Plus précisément, les figures 7A et 7B montrent les spectres IRRAS comparés sur surfaces mixtes Si/Au (figures 2A et 2B) dans la zone des nitriles. Figure 7A : Si (n), 50 balayages, Von =-0,599 V/(Ag+/Ag), Voff =-2 300 V/ (Ag+/Ag) i figure 7B : Si (p), 10 balayages, Von =-0, 747 V/(Ag+/Ag), Voff = 2 400 V/(Ag+/Ag), IR = 70 Q.
4.2. Analyse XPS Les figures 8A et 8B montrent les spectres XPS comparés, dans la région de la raie Nls de l'azote, sur le côté or et sur le côté Si02 pour un silicium dopé (p), pour les mêmes échantillons-respectivement - que ceux des figures 5A et 5B. Les figures 9 et 10 montrent l'analyse XPS de la raie Nls pour les échantillons des figures 6,7A et 7B.
Plus précisément, les figures 8A et 8B montrent les spectres XPS comparés sur surfaces mixtes Si (p) SiOz/Au (figures 2A et 2B) dans la région Nls de l'azote. Figure 8A (première série) : 50 balayages, = -0, 641 V/(Ag/Ag), Voff =-2 400 V/(Ag+/Ag), IR = 100 Q ; figure 8B (deuxième série) : 10 balayages, Von =-0,538 V (Ag+/Ag), Voff =-2 600 V/(Ag+/Ag), IR = 100 Q. Les surfaces sont de provenance différente dans chaque série.
La figure 9 montre les spectres XPS comparés sur surfaces mixtes Si (n) SiO2/Au (figures 2A et 2B) dans la région Nls de l'azote : 20 balayages, = -0, 723 V/(Ag+/Ag), Voff =-2 400 V/(Ag+/Ag) IR = 80 Q.
Les figures 10A et 10B montrent les spectres XPS comparés sur surfaces mixtes Si/Au (figures 2A et 2B) dans la région Nls de l'azote. Figures 10A : Si (p), 50 balayages, Von =-0,599 V/(Ag+/Ag), Voff =-2 300 V/(Ag+/Ag) figure 10B : Si (p), 10 balayages, Von =-0,747 V/(Ag+/Ag), Voff =-2 400 V/(Ag+/Ag), IR = 70 Q.
4.3. Résultats Le Tableau I répertorie les conditions opératoires et sélectivités de greffage obtenues pour les divers échantillons. Sauf mention spéciale, le contact électrique permettant la polarisation a toujours lieu du côté de l'or.
5. Echantillons microscopiques (peignes interdigités) Dans toute cette série, la polarisation est effectuée par l'or (voir montage Figures 3A et 3B). Un protocole de 10 balayages voltammétriques jusqu'à un potentiel de retour de-2.4 V/ (Ag+/Ag) a été choisi, et une compensation de chute ohmique de 100 Q.
Deux types de polarisation sont appliqués, permettant de vérifier respectivement les points (i) et (ii), tels que mentionnés au paragraphe 3. ci-dessus : (i) les deux peignes sont polarisés au même potentiel de-2.4 V/(Ag/Ag) par rapport à l'électrode de référence ; (ii) seul l'un des deux peignes est mis au potentiel de-2.4 V/(Ag+/Ag), l'autre étant relié à l'électrode de référence.
5.1. Polarisation uniforme des deux peignes Les figures 11A et 11B montrent l'analyse de profil par AFM du peigne de 8 Mm d'espacement, selon
une direction perpendiculaire aux dents des deux peignes (cf figures 3A et 3B). On peut observer qu'il n'y a aucune bavure sur les bords des dents de peigne, alors que les hauteurs de dent sont de 200 nm, soit supérieures de 85 nm à celles des peignes avant greffage (cf figures 4A à 4C) : le protocole a donc permis le greffage de 85 nm de polymère sur chaque dent, avec une bavure latérale très faible devant l'espacement entre les dents des peignes interdigités.
Plus précisément, les figures 11A et 11B montrent l'image (11A) et l'analyse profilométrique (11B), par microscopie à force atomique (AFM), du peigne des figures 3A et 3B où les dents des peignes interdigités sont espacées de 8 um, après polarisation des deux peignes à un potentiel de-2,4 V/(Ag+, Ag). La hauteur des dents de peigne avant polarisation est de 115 nm. Echantillon N Von Voff IR Epaisseur N (Au)/N (SiX) (V/(Ag+/Ag) (V/(Ag+/Ag)) (#) (nm) Si (p) SiO2/Au 50-0. 641 -2.4 100 42 90 Si (p) SiOz/Au'a) 50-0. 644-2. 4 70 15 56 Si (p) SiOz/Au 10-0.665-2.6 70 28 85 Si (p) SiO2/Au 10-0.650-2. 4 52 125 150 Si (p) SiO2/Au 10-0. 538-2.6 100 45 140 Si (n) SiO2/Au 50 -0. 960-2.6 100 5 66 Si (n) SiO2/Au 10 -0. 628-2.6 100 18 100 Si (n) SiO2/Au 20 -0. 723-2.4 80 55 80 Si (n) SiO2/Au'a'50-0. 689-2. 4 100 48 46 Si (n) /Au 50 -0.599 -2. 3 0 8 42 Si (n)/Au 50-0. 860-2. 6 100 5 65 Si (n)/Au'°'50-0. 657-2. 6 0 38 14 Si (p)/Au 10-0. 690-2. 4 65 100 150 Si (p) /Au 10 -0.747 -2.4 70 40 130 Si(p) /Au(@) 10 -0.723 -2.8 800 4 90 Si(p) /Au(@) 10 -0.698 -2.8 650 10 140
(a) La surface de silice a été préalablement hydroxylée.
(b) Le contact électrique a été réalisé sur la partie Si.
Tableau I : Conditions opératoires et sélectivité du greffage sur des surfaces mixtes Au/SiO2 et Au/Si. La sélectivité a été mesurée par XPS, en faisant le rapport des intensités des raies Nls sur chaque pavage. Ces sélectivités sont des bornes inférieures, le signal sur Si02 ou Si étant le plus souvent non nul, mais rigoureusement
identique à celui de l'échantillon de référence avant greffage. Les surfaces sont de provenance différente dans chaque série.
5.2. Polarisation d'un seul des deux peignes Les figures 12A et 12B montrent l'analyse de profil par AFM du peigne de 32 Pm d'espacement, selon une direction perpendiculaire aux dents des deux peignes (cf figures 3A et 3B). L'étendue du balayage permet d'observer deux dents interdigitées successives, appartenant chacune à un peigne. On voit que la hauteur d'origine de 115 nm est préservée sur le peigne connecté à l'électrode de référence, alors que la hauteur de 200 nm (obtenue en 5.1.) est obtenue sur le peigne porté au potentiel où se produit le greffage : on observe que le greffage du polymère n'a bien eu lieu qu'une dent sur deux, c'est-à-dire sur un seul des deux peignes. Plus précisément, les figures 12A et 12B montrent généralement l'image (12A) et l'analyse profilométrique (12B), par microscopie à force atomique (AFM), du peigne des figures 3A et 3B, où les dents des peignes interdigités sont espacées de 32 Mm, après polarisation d'un des deux peignes à un potentiel de - 2, 4 V/(Ag+/Ag), l'autre étant connecté à l'électrode de référence. La hauteur des dents de peigne avant polarisation est de 115 nm. C'est aussi celle du peigne qui a été connecté à l'électrode de référence.
6. Electro-greffage organique sur des nanotubes de carbone On illustre ici les capacités de fonctionnalisation ultra-localisée qu'offre l'électrogreffage. L'exemple ici décrit porte sur l'électro-greffage de polymères vinyliques, mais on pourra retendre de façon triviale à une fonctionnalisation par les autres molécules électro- activables décrites dans l'invention ainsi que dans les exemples d'application qui suivent.
Les nanotubes de carbone apparaissent comme des objets potentiellement très riches dans le cadre du développement des nanotechnologies moléculaires. En effet pour les applications électroniques, les nanotubes présentent des propriétés isolantes, semiconductrices-ou métalliques. Des composants comme des jonctions, ou des transistors à effet de champ, ont été fabriqués. Des applications mécaniques ont été également récemment proposées avec l'utilisation des nanotubes pour la réalisation de nano-outils.
Dans le présent exemple, on réalise le contact électrique d'un nanotube de carbone comme suit : on réalise le dépôt de nanotubes sur les zones silanisées d'un substrat de silicium, puis le couchage d'une résine electrosensible sur le substrat et le nanotube. On réalise ensuite l'ouverture des zones correspondant aux électrodes par lithographie électronique, puis on évapore des électrodes métalliques, et on réalise enfin le lift-off de la résine et du film métallique aux endroits non ouverts
de la résine, selon un protocole décrit dans Choi, K. H., et al., Controlled deposition of carbon nanotubes on a patterned substrate. Surface Science, 2000.462 (1-3) : p. 195-202.
L'ensemble du substrat est ensuite polarisé dans le milieu organique contenant du méthacrylonitrile ou du tétrafluoroborate de para-nitrophényl diaznium, selon les mêmes protocoles que ceux des exemples précédents. On caractérise la fonctionnalisation du nanotube par AFM et STM, selon les mêmes procédures que ce qui a été fait dans le cas du double peigne dans les exemples précédents.
7. Electroctreffacfe localisé à partir de sels de diazonium Les exemples précédents ont porté sur l'électro-greffage de polymère vinyliques. Nous présentons ici un exemple illustrant l'obtention d'un greffage organique localisé grâce à l'électro- activation de sels de diazonium en milieu organique.
L'électrogreffage est effectué sur les lames macroscopiques Au/Si (p) 02 telles que décrites dans le paragraphe 1. des exemples. Le contact électrique est pris sur la partie or de la lame, et la totalité de la lame est trempée dans une solution contenant 10-3 mol/1 de chlorure de para-nitrophényl diazonium, et 5.10-2 mol/1 de TétraEthyl Ammonium Perchlorate (TEAP) dans l'acétonitrile. On réalise un balayage en potentiel de +0. 37 V/(Ag/Ag) à-2.4 V/(Ag/Ag), à une vitesse de balayage de 50mV/s.
Les deux parties de la surface sont ensuite analysées par spectroscopie IRRAS (figure 13) et par XPS (figure 14). On observe bien, comme dans le cas de l'électrogreffage de polymères vinyliques, que le greffage organique n'a eu lieu que sur l'or et pas sur la partie Sitz.
De manière plus précise, la figure 13 montre les spectres IRRAS d'une lame composite (cf. paragraphe 1. des exemples et figures 2A et 2B) Àu/Si (p) 02 polarisée par l'or dans une solution contenant du chlorure de para-nitrophényl diazonium. On distingue clairement les raies caractéristiques du groupement nitro autour de 1500 cm 1.
La figure 14 montre la région Nls des spectres XPS d'une lame (cf. paragraphe 1. des. exemples et figures 2A et 2B) Au/Si (p) 02 polarisée par l'or dans une solution contenant du tétrafluoroborate de para- nitrophényl diazonium, sur la partie Au (spectres du haut) et sur la partie Si02 (spectre du bas).
8. Electrogreffaqe localisé à partir d'arylacétates Nous présentons ici un exemple illustrant l'obtention d'un greffage organique localisé grâce à l'électroactivation d'arylacétates en milieu organique.
L'électrogreffage est effectué sur les lames macroscopiques Au/Si (p) 02 telles que décrites dans le paragraphe 1. (figures 2A et 2B). Le contact électrique est pris sur la partie or'de la lame, et la totalité de la lame est trempée dans une solution contenant 4.10-3 mol/1 de phénylacétate, et 0.1 mol/1 de (n-Bu) 4PF6 dans l'acétonitrile. On réalise 10 balayages de potentiel, aller-retour, de +0.5 V/ECS à +1.25 V/ECS, à une vitesse de balayage de 200 mV/s.
Les surfaces sont caractérisées comme dans l'exemple précédent, et l'on obtient également un greffage sélectif sur l'or.
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