Новости: Технологии

Учеными из техасского Rice University продемонстрирована возможность прививки производных ферроцена на поверхность кремния с образованием самоупорядочивающихся слоев. Из-за давно уже известных перспективных электрохимических свойств ферроцен-содержащих молекул и комплексов, таких как большие скорости переноса электронов и обратимая редокс-активность, такие композиты могут быть в перспективе использованы в гибридных молекулярно-полупроводниковых запоминающих устройствах.

Одним из наиболее широко используемых методов формирования на поверхности неокисленного кремния монослоев производных ферроцена является взаимодействие поверхностей Si(100) или Si(111) с ферроцен-содержащими алкенами или алкинами, протекающее при облучении УФ или видимым светом или нагреве. Однако все существующие на данный момент методы преимущественно направлены на получение монослоев на поверхности кремния, тогда как о нанесении слоев ферроцен-содержащих молекул контролируемой толщины практически нет литературных данных.

Именно поэтому группа техасских ученых ранее предложила метод прямого ковалентного прививания на поверхность полупроводников ферроценовых производных, основанный на использовании особенностей химии диазония. Этот метод позволяет прочно наносить на поверхность Si(100) и Si(111) моно- и мультислои с использованием производных диазония и триазина. Этим методом уже получали на поверхности кремния олигоанилины и металлопорфирины, а в последней работе представлен новый метод применительно к нанесению ферроценовых производных.

На схеме показано, как была синтезирована фенил-триазиновая форма ферроцена (соединение 3), которая оказалась хорошо растворима в ацетонитриле, что позволило наносить соответствующие слои непосредственно из раствора HF / CH₃CN. Толщину полученного слоя изучали методом эллипсометрии, а состав – с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС). Электрохимические характеристики для оценки применимости полученного композита в качестве запоминающего устройства были изучены методом циклической вольтамперометрии.

Прививку проводили при погружении предварительно очищенного (H₂SO₄:H₂O₂ 2:1) кремния в 2% раствор HF:CH₃CN 1:1 на 5 мин, после чего к раствору добавляли раствор в CH₃CN соединения 3 (с различной концентрацией). Затем контейнер закрывали крышкой и перемешивали с частотой 100 rpm в течение разного времени, после чего пластинки отмывали в воде и CH₃CN, а также сушили в токе азота.

При изменении концентрации соединения 3 и времени нанесения удалось получить слои толщиной от 0.8 нм (что соответствует монослою) до 7 нм. Максимальным временем реакции был 1 час, а дальнейшее увеличение времени реакции не приводит к увеличению толщины слоя производных ферроцена. По данным РФЭС привитый слой содержит углерод железо, причем соотношение Fe^II:Fe^III=15:1. Изучение электрохимических свойств доказывает, что скорость переноса электрона действительно достаточно велика и составляет 164 с^-1, что делает полученный композит привлекательным для создания запоминающих устройств.