Ensamblaje y caracterización de compuestos orgánicos para la fabricación de dispositivos electrónicos moleculares

Resumen

Tanto la evolución que han mostrado los productos electrónicos a lo largo del tiempo, como el hecho de que en pocos años la actual tecnología CMOS (¿Complementary metal-oxide-semiconductor¿) para la fabricación de dispositivos electrónicos será incapaz de satisfacer la demanda que le será impuesta (dispositivos con mayor capacidad de almacenaje, mayor número de funciones y menor coste), han hecho necesaria la investigación en tecnologías alternativas que sí puedan satisfacer esta futura demanda. En este contexto, la electrónica molecular nace como una de estas posibilidades, cuyos prometedores resultados han hecho que la ITRS (¿International Technology Roadmap for Semiconductors¿) en su informe del 2013 la considere una alternativa viable para sustituir a la tecnología CMOS. No obstante, este informe destaca una serie de retos científico-tecnológicos que deben ser superados para que la electrónica molecular se convierta en una tecnología aplicable. Esta tesis doctoral nace como una contribución a esas investigaciones requeridas tanto a nivel de molécula individual como de ensamblajes moleculares, centrándose en: i) el estudio de las propiedades eléctricas de la interfase molécula|electrodo usando distintos grupos funcionales de anclaje, ii) el estudio y comparación del transporte de carga tanto en ensamblajes moleculares como en moléculas individuales, iii) el estudio de las propiedades promovidas por la inclusión de un grupo electroquímicamente activo en la estructura molecular, y iv) el desarrollo de un nuevo método de deposición del electrodo metálico superior. En el capítulo 1 se presenta una descripción general de la electrónica molecular, de cómo ésta ha ido evolucionando a través de los años y de su estado actual. Asimismo, se ponen de manifiesto los desafíos que deben superarse para que la electrónica molecular se convierta en una tecnología viable. Además, se hace una descripción de los componentes de un dispositivo electrónico molecular (estructura metal|molécula|metal), así como de su efecto sobre el transporte de carga. Finalmente, se hace una revisión descriptiva de los métodos experimentales más usados tanto para la formación de dispositivos moleculares, como para su caracterización eléctrica. En el capítulo 2 se expone una breve descripción de los métodos experimentales usados en el desarrollo de esta tesis, tanto para la fabricación de los dispositivos moleculares como para su caracterización. En el capítulo 3 se describen los resultados experimentales realizados en el desarrollo de esta tesis doctoral relativos al uso de distintos grupos de anclaje en estructuras metal|molécula|metal (MMM) y metal|monocapa orgánica|metal (MMOM). Así, en primer lugar se estudia el uso del grupo piridil como anclaje en estructuras MMOM. En este caso la atención se centra en el transporte de carga a lo largo de la estructura y su comparación con otros grupos funcionales. En segundo lugar, se estudia el uso del grupo trimetilsililetinilo (-C¿CSiMe3) como grupo de anclaje en estructuras MMM y su capacidad para controlar la variabilidad observada en la conductancia para otros grupos funcionales tradicionales. Finalmente, se estudia la posibilidad de usar el grupo viológeno (4,4¿-bipiridina) como grupo de anclaje en estructuras MMOM. Aquí el estudio se centra en el análisis de las distintas configuraciones que puede adoptar un hilo molecular formado por un derivado del viológeno dependiendo del tipo de estructura (MMOM o MMM) que forma. El estudio de cada uno de estos grupos funcionales así como las conclusiones más relevantes obtenidas se presentan en secciones diferentes. En el capítulo 4 se lleva a cabo un estudio detallado del transporte de carga a lo largo de un hilo molecular electroquímicamente activo cuando éste forma una estructura MMM. En este estudio, la estructura se sitúa dentro de un medio electrolítico, de tal forma que aplicando un potencial electroquímico se puede modular el estado de oxidación del centro redox. La caracterización eléctrica se realiza usando como medio electrolítico un líquido iónico, de forma que parte del estudio se centra en comparar los resultados obtenidos en el presente estudio (conductancia vs. potencial electroquímico aplicado) con aquellos obtenidos previamente usando como medio electrolítico una solución acuosa. Al final del capítulo se presentan de forma detallada las respectivas conclusiones. En el capítulo 5 se describe una nueva metodología que permite la deposición del electrodo metálico superior en estructuras MMOM. En este estudio, el electrodo superior se construye a partir de la incubación de una película LB de un compuesto orgánico en una dispersión de nanopartículas de Au. La interacción entre las nanopartículas y la película LB es a través de la formación de enlaces covalentes ¿ C-Au, cuya presencia se demuestra mediante técnicas espectroscópicas. Asimismo, se muestra la caracterización eléctrica de las estructuras obtenidas y su interpretación. Finalmente, en el capítulo 6 se presentan las conclusiones más relevantes de este trabajo de investigación así como las perspectivas de futuro que permitirán continuar las líneas de trabajo abiertas en esta tesis doctoral y las nuevas preguntas que cabe plantearse a partir de los resultados obtenidos.