Laboratoire de Physique de la Matière Condensée

Participants : P. Allongue, J.-N Chazalviel, C. Henry de Villeneuve, F. Ozanam

Dans ce travail nous montrons qu’il est possible de fonctionnaliser une surface de silicium par génération électrochimique de radicaux organique dans un électrolyte. La surface de départ est une surface hydrogénée et l’abstraction des atomes d’hydrogène en surface conduit à la formation de liaisons covalentes Si-C. Selon les systèmes et/ou les conditions électrochimiques on obtient une monocouche ou bien des films polymèrisés.

• Oxydation d’organomagnésiens : A partir d’alkyl magnésiens, on obtient des monocouches ≡Si-C_nH_2n+1. L’oxydation de CH₃MgBr est le seul cas où tous les sites Si-H sont convertis en sites Si-CH₃. L’oxydation d’organomagnésiens insaturés permet d’obtenir des films polymères dont l’épaisseur peut atteindre 1µm. Le mécanisme de greffage est le suivant :

 RMgX + h⁺ → R^•+ MgX⁺
 ≡SiH + R^• → ≡Si^•+ RH
 ≡Si^•+ RMgX + h⁺ → ≡SiR + MgX⁺

• Réduction de sels de diazonium R-C₆H₄-N₂⁺ :
Cette méthode de greffage offre une grande variété de fonctions terminales et est réalisable en solvant aqueux ou organique. Un contrôle précis de la charge électrique conduit à la formation de domaines moléculaires (Fig. 1b).

 R-C₆H₄-N₂⁺ + e_- → R-C₆H₄^• + N₂
 ≡SiH + R-C₆H₄^• → ≡Si^• + R-C₆H₄-H
 ≡Si^• + R-C₆H₄-N₂⁺ + e^- → ≡Si-C₆H₄-R + N₂

Fig. 1 : Vue STM in situ d’une surface H-Si(111) avant (a) et après greffage d’une monocouche bromophenyle (b).

Publications :
[1] S. Fellah, F. Ozanam, J.-N. Chazalviel, J. Vigneron, A. Etcheberry and M. Stchakovsky, "Grafting and polymer formation on silicon from unsaturated Grignards : I- Aromatic precursors", J. Phys. Chem. B 110 (2006) 1665-1672.

[2] S. Fellah, A. Teyssot, F. Ozanam, J.-N. Chazalviel, J. Vigneron and A. Etcheberry, "Kinetics of Electrochemical Derivatization of the Silicon Surface by Grignards", Langmuir, 18 (2002) 5851-5860

[3] A. Teyssot, A. Fidélis, S. Fellah, F. Ozanam and J.-N. Chazalviel, "Anodic grafting of organic groups on the silicon surface", Electrochimica Acta, 47 (2002) 2565-2571

[4] A. Fidélis, F. Ozanam and J.-N. Chazalviel, "Fully methylated, atomically flat (111) silicon surface", Surf. Sci. 444 (2000) L7-L10

[5] C. H. de Villeneuve, J. Pinson, M. C. Bernard, and P. Allongue, "Electrochemical Formation of Close-Packed Phenyl Layers on Si(111)," J. Phys. Chem. B 101 (14), 2415-2420 (1997).

[6] P. Allongue, C. Henry de Villeneuve, J. Pinson, F. Ozanam, J. -N. Chazalviel, and X. Wallart, "Organic monolayers on Si(111) by electrochemical method," Electrochim. Acta 43 (19-20), 2791-2798 (1998).

[7] P. Allongue, C. Henry de Villeneuve, G. Cherouvrier, R. Cortes, "Phenyl layers by electrochemical reduction of aryl diazonium salts : Monolayer versus multiplayer formation and growth process", J. Electroanal. Chem. 550-551 (2003) 161-175