Engineering new tools for automated fabrication of molecular thin films and study of their electrical properties
NAGIOS: RODERIC FUNCIONANDO

Engineering new tools for automated fabrication of molecular thin films and study of their electrical properties

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Engineering new tools for automated fabrication of molecular thin films and study of their electrical properties

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dc.contributor.advisor Tatay Aguilar, Sergio
dc.contributor.advisor Martí Gastaldo, Carlos
dc.contributor.author Escorcia-Ariza, Garin
dc.contributor.other Institut de Ciència Molecular es_ES
dc.date.accessioned 2019-07-15T06:57:29Z
dc.date.available 2019-07-16T04:45:05Z
dc.date.issued 2019 es_ES
dc.date.submitted 15-07-2019 es_ES
dc.identifier.uri https://hdl.handle.net/10550/70812
dc.description.abstract Resumen en castellano El propósito de esta tesis, titulada “Ingeniería de nuevas herramientas para la automatización. Fabricación de películas delgadas moleculares y Estudio de sus propiedades eléctricas”, es el desarrollo de algunas plataformas faltantes en el Instituto de Ciencia Molecular (ICMol) para llevar acabo el estudio de propiedades eléctricas de materiales moleculares e integrarlos en dispositivos electrónicos. Los objetivos específicos son: i) la nanoestructuración de materiales moleculares novedosos como los polipéptidos, las redes metal orgánicas bidimensionales (2D MOFs, two dimentional metal organic frameworks), polímeros de coordinación que presenten bi-estabilidad de espín en capas finas y ii) medir de manera fiable sus propiedades eléctricas e integrarlos en dispositivos funcionales (por ejemplo, sensores de gas o transistores de efecto de campo) compatibles con tecnologías actuales. La tesis se centró específicamente en la descripción de las herramientas que se diseñaron y construyeron, y cómo se usaron. Adicionalmente, se prestó especial atención en mostrar sus limitaciones y cómo se pueden mejorar a corto plazo. Este documento está dividido en tres capítulos: uno de introducción, sobre principios generales de propiedades electrónicas y técnicas de medición de conductividad, y los otros, de trabajo experimental, donde se detalla del desarrollo de las herramientas usadas para medir las propiedades eléctricas de los materiales. El primer capítulo empieza introduciendo en las redes metal orgánicas y porqué son candidatos prometedores para integrarlas en dispositivos electrónicos. Después, presenta los principios generales para entender las propiedades eléctricas usadas en las técnicas para medir las propiedades eléctricas en muestras en polvo y en capas finas. Finalmente, un resumen general de las técnicas usadas para depositar redes metal orgánicas (MOFs) en capas finas. Los MOFs son sólidos cristalinos construidos a partir de ligandos orgánicos y componentes inorgánicos unidos con enlaces de coordinación. Gracias al posicionamiento organizado de los grupos inorgánicos o uniones metálicas y los ligandos orgánicos en espacios tridimensionales se forman estructuras regulares con superficies muy altas de hasta 8000 m2g-1 por el momento. Además, mediante ingeniería molecular se puede modificar el tamaño, la forma y la función química de sus cavidades, dando lugar a una extensa familia de sólidos cristalinos con diferentes estructuras y grupos funcionales. MOFs ya son usados en aplicaciones como el almacenamiento y separación de gases como también para catálisis heterogénea. Además, han ganado importancia en aplicaciones como censado de gases, magnetismo, ferro electricidad, óptica no lineal y entrega de medicamentos localmente. Tradicionalmente los MOFs exhiben una muy baja conductividad a consecuencia de la forma en que están construidos, donde los iones metálicos están contados por ligandos inactivos redox que se unen a través de átomos de oxígeno. Por lo tanto, la mayoría de los MOFs no tienen transportadores de carga de baja energía ni transportadores de carga libres y por eso tienen un comportamiento aislante con una conductividad de 10-10 Scm-1. Sin embargo, en la última década han sido reportados significativos ejemplos de MOFs conductores. Con la conductividad eléctrica agregando una nueva dimensión a su naturaleza, los MOFs han encontrado recientemente nuevas aplicaciones en dispositivos eléctricos. Por ejemplo, en sensores quimioresistivos, supercondensadores, componentes para baterías, celdas solares, termoeléctricos y hasta en FETs . En gran medida las nuevas áreas dependen fundamentalmente de la evaluación comparativa de las propiedades eléctricas de los MOFs incluyendo la conductividad eléctrica, la movilidad, la densidad de carga, la separación de la banda electrónica y la energía de activación. La conductividad eléctrica es el factor clave por el cual el transporte en MOFs es juzgado, y es definida por la densidad de carga y la movilidad de los electrones y huecos. Para alcanzar una alta conductividad es necesario tener una gran densidad y movilidad de carga. De acuerdo con la teoría de bandas, los materiales están clasificados en aislantes, semiconductores o metálicos basados en la brecha de energía entre la banda de conducción y la banda de valencia. Las bandas por debajo del nivel de Fermi son llamadas bandas de valencia y las que se encuentran encima bandas de conducción. Los materiales con una brecha de energía superior a 4eV son considerados aislantes, mientras que con una brecha de entre 0 y 3eV son semiconductores y aquellos con una brecha igual a 0 son considerados metales. En los conductores metálicos, la banda de conducción y de valencia se solapan y sus transportadores de carga están libres dando así una alta conductividad eléctrica (>100 Scm-1). En semiconductores y aislantes, el nivel de Fermi se encuentra en medio de la banda de conducción y la de valencia. La distancia entre el punto de menor energía en la banda de conducción o el punto mayor energía en la banda de valencia al nivel de Fermi es llamado energía de activación. A determinada temperatura los electrones son promovidos a la banda de conducción. Entonces la densidad de carga es dependiente de la temperatura y de la energía de activación. Para los MOFs hay dos tipos de transporte, transporte por bandas o por salto. En el transporte por bandas, las moléculas tienen que estar muy bien organizadas para que todos sus niveles de energía se solapen formando las bandas de conducción y de valencia, en tal caso los electrones se podrán mover a través de ellas, de lo contrario los electrones saltan de las diferentes bandas de los átomos de una molécula que es lo que se llama transporte por salto. El transporte de bandas puede presentarse a través del espacio, la molécula huésped o el enlace con los ligandos. Hasta ahora hemos visto los conceptos básicos de la conductividad eléctrica en MOFs. Ahora veremos, las técnicas usadas para medir muestras en polvo, o en películas finas. La conductividad eléctrica depende principalmente de la corriente y el voltaje de circuito además del área de los contactos y de la distancia entre los mismos. Todas las muestras pueden ser medidas a 2 o 4 puntas. Por lo general para muestras con una resistencia menor a 1 Kilo ohm se usa medición a 4 puntas para eliminar la resistencia de los contactos, ya que esta puede alcanzar unas cuantas centenas de ohm lo cual causaría un error del 10% o más. Para muestras con una resistencia superior se usará una medición a 2 puntas. Para medir muestras en polvo prensado es necesario tener algunos factores de corrección como el espesor de la muestra y la distancia entre los contactos, sin estos factores los valores de conductividad pueden cambiar hasta un orden de magnitud. Para muestras en capas finas por lo general se usan dos configuraciones: horizontal y vertical. La aproximación más sencilla para medir capas finas es la horizontal ya que se pueden usar además de los contactos necesario para medir la muestra, contactos adicionales para medir la modulación del material con un voltaje de puerta como se hace en los FETs. Esta configuración solo es útil cuando las muestras tienen una resistencia menor a 1 giga ohm con una distancia entre contactos de 2.5µm. Para esta configuración son necesarios el área de los contactos y la distancia entre ellos. Para el caso de muestras con resistencia superiores o que presentan multicapas es necesario medirlas en disposición vertical. En este tipo de arreglo la distancia entre los contactos es reducida al espesor del material y para nuestro caso, como contacto superior, usamos metales líquidos. Dado que en esta técnica no es posible conocer el área del contacto inferior, se compara la densidad de corriente de diferentes materiales. La densidad de corriente se calcula dividiendo la corriente eléctrica en el área del contacto de metal líquido. Para poder realizar medidas en películas finas es necesario la deposición de estos materiales en superficies planas. Estas técnicas están divididas en tres tipos: deposición de coloides/dispersión coloidal, síntesis directa o capa a capa. La fabricación de capas finas a través de la deposición de coloides/dispersión coloidal consta de dos pasos. El primero es preparar nanopartículas coloidales en disolución y después depositarlas en superficie. Para realizar esta tarea se usan las técnicas tradicionales de deposición como dip-coating, drop-casting o spin coating. Estos métodos permiten capas de un espesor de unos 500 nm. En el caso de la fabricación de capas finas a través de síntesis directa, el solvente, los reactivos y el sustrato permanecen juntos durante la reacción. Una vez termina la reacción se obtiene un polvo depositado en el sustrato. Estas técnicas permiten reducir el espesor de las muestras hasta unos 40 nm dependiendo de la reacción. Por último, tenemos la fabricación capa a capa, dividida en dos: fabricación capa a capa asistida y Langmuir Blodgett, como método de fabricación capa a capa. La fabricación capa a capa consiste en la deposición secuencial de los reactivos con una limpieza con el solvente común entre ambos para evitar la competencia entre la nucleación de los componentes cercanos y la deposición de las capas. Basándose en este método, han surgido varias alternativas. Por ejemplo, el método de inmersión que consiste en sumergir el sustrato en cada uno de los componentes, ya sea de forma manual o de forma automática usando un robot; el método de flujo continuo que consiste en sellar el sustrato en una cámara en la cual se inyectan de forma secuencial los reactivos que también permite usar microbalanza de cuarzo o resonancia de plasmones superficiales; el método de spray el cual sigue la misma idea de los dos anteriores con la diferencia que esta vez los reactivos son depositados a través de un spray y por último, el método de spin¬-coating es básicamente la deposición de los diferentes reactivos mientras el sustrato va girando sobre su mismo eje a una velocidad determinada. Por otro lado, está el método de Langmuir Blodgett como método de deposición capa a capa que consiste en la formación de las capas en una solución acuosa para después transferir la capa al sustrato, este método es repetido las veces necesarias para obtener el espesor de la película deseada. Las técnicas basadas en la deposición capa a capa son las que ofrecen mayor control en la deposición, además de poder depositar capas de entre 1 a 10 nm. Por esta razón durante los próximos capítulos se usarán Langmuir Blodgett para depositar Cu-CAT-1 y el método de inmersión para depositar los clatratos de Hoffman. El segundo capítulo, se enfocó en el estudio de MOFs bidimensionales que han ganado gran interés por su gran variedad de propiedades, entre ella las respuestas quimioresistivas que presentan, especialmente el caso de las familias M2(HITP)2, M3(HTTP)2, M3(HHTP)2, entre ellos la única diferencia que tienen es el átomo que se conecta al metal, N, S y O respectivamente. Esto le confiere a cada uno y de acuerdo con el metal M que se le coordine, dándole diferentes habilidades de detección de gases. Para nuestro caso, nos hemos enfocado en la familia M3(HHTP)2 con los metales como Co, Ni, Cu, Zn y Cd. La síntesis de estos compuestos se llevó a cabo mediante una reacción solvotermal, calentando hasta una temperatura y tiempo determinados. Una vez obtenido el polvo de cada uno de los miembros de la familia se procedió a medir la conductividad de cada uno de los materiales. Para realizar esta tarea, se prensó el polvo obtenido para formar tabletas y se diseñó un equipo capaz de medir la conductividad eléctrica de las mismas. Este equipo esta basado en el sistema tradicional de 4 puntas alineadas con la diferencia que las puntas son retráctiles para adaptarse a la superficie y tener un dinamómetro para medir la presión ejercida sobre la muestra, además se compone de un soporte para sostener el dinamómetro, una cámara para medir la distancia entre puntas y el espesor de la muestra, y un soporte para la muestra con desplazamiento micrométrico en los tres ejes de coordenadas. Las puntas van conectadas a los equipos para aplicar voltaje y medir corriente; estos equipos y la cámara están conectadas a un ordenador para registrar toda la información y tratar posteriormente los datos. Tras realizar las medidas en cada una de las muestras se observó que la muestra más conductora de la familia fue aquella que se encontraba coordinada con Cu. Para comprobar que los datos observados no fueron un resultado de un error del equipo se realizaron dos tipos de pruebas al equipo: Medir una muestra en dos posiciones diferentes, y medir la muestra, triturarla, hacer de nuevo la tableta y medirla de nuevo. El resultado obtenido en estos experimentos ha mostrado que se pueden registrar cambios de hasta un 50% en la corriente al medir la muestra en dos posiciones diferentes y, en cuanto a medir la muestra antes y después de haberla triturado, los resultados arrojaron que se puede registrar un cambio de hasta un 80%. Sin embargo, los cambios registrados entre los diferentes miembros de la familia fueron mayores al 100% en cada uno de los casos denotando que entre el Cu y el Co hay un cambio del 500% siendo el Cu el mas conductor. Esto puede ser explicado por la diferencia estructural en cada uno de los compuestos además de la liberación del agua a la hora de triturar la muestra. Una vez confirmado que el Cu3(HHTP)2, a partir de ahora renombrado como Cu-CAT-1, y con el objetivo de hacer un dispositivo, se decidió depositar este material en películas finas y medir sus propiedades eléctricas. La deposición se llevó a cabo mediante el método Langmuir Blodgett como método de capa a capa sobre un sustrato previamente funcionalizado con una SAM adecuada para la molécula que se quiso depositar. Una vez perfeccionado el método de fabricación se decidió a depositar el Cu-CAT-1 en interdigitados de oro previamente depositados en una capa de óxido de silicio sobre un sustrato de silicio altamente dopado tipo n. Lo primero que se hizo luego de depositar el Cu-CAT-1 fue medir la resistencia en función del número de transferencias realizadas, comparando el método capa a capa y el Langmuir Blodgett como método capa a capa. Los resultados arrojaron que el método Langmuir Blodgett presenta menos dispersión en los datos y por lo tanto mas fiable para realizar estudios de transporte en las mismas. Después se realizó un estudio de la conductividad eléctrica frente a la temperatura en un dispositivo de 10 transferencias. Como resultado se observaron dos tipos de transporte, uno dominado por activación térmica, es decir un incremento en la conductividad eléctrica cuando la temperatura es incrementada y el otro, dominado por el mecanismo de salto. Como complemento de este trabajo se realizó una comparación de la modulación del material al ser expuesto a un voltaje de puerta. Se empezó aplicando un voltaje de puerta ejercido a través del sustrato usando la capa de óxido de silicio en el sustrato como dieléctrico. Como resultado, se obtuvo una modulación ínfimamente baja, por lo tanto, se decidió probar usando un voltaje de puerta desde arriba, en el cual se usó como dieléctrico un polímero aislante. Usando este método los resultados cambiaron drásticamente observando un cambio de un orden de magnitud con respecto a la intensidad obtenida sin aplicar un voltaje de puerta. Este cambio se atribuye a un mal contacto entre el sustrato y el MOF. Una vez caracterizadas eléctricamente las películas finas de Cu-CAT-1 se decidió estudiar el mecanismo que el comportamiento quimioresistivo de este tipo de sistemas para lo cual es necesario aplicar un voltaje, medir una corriente eléctrica y además exponerlas a diferentes atmosferas. Para este propósito fue necesario diseñar una cámara, que fuera capaz de realizar esta labor. Al principio se empleó una caja estanca y se le abrieron tres agujeros: uno para las conexiones eléctricas y los otros dos para la entrada y salida de los gases. Para alojar la muestra dentro de caja se diseñó un soporte capaz de sujetar y contactarla eléctricamente para poder registrar los cambios eléctricos mientras la muestra es expuesta a las diferentes atmosferas. Para este primer experimento se inyectó secuencialmente aire, aire seco, nitrógeno, amonio y de nuevo aire. Durante este proceso, la muestra fue monitorizada eléctricamente para estudiar sus cambios eléctricos durante el proceso. Los resultados mostraron que en comparación a otros artículos publicados del mismo tipo de MOFs, el nuestro tomaba más tiempo del necesario para estabilizarse eléctricamente. Sin embargo, se podían observar claramente dos tipos de grupos: uno con las atmosferas poco reactivas como el aire seco y el nitrógeno, y el otro con las atmosferas reactivas como el amonio y el aire. La diferencia entre el aire y el aire seco se atribuye a que el aire tiene presencia de moléculas de agua la cual son altamente reactivas como el amonio. Por otro lado, se observó que la muestra tardaba en estabilizarse por la fluctuación de la temperatura y la presencia de fugas lo que también incrementaba el consumo de gases, por esta razón a partir de este momento, para los siguientes experimentos la temperatura se mantuvo estable con un error de ±0.5℃. Al ver los problemas que se tenían, se decidió diseñar una nueva cámara con un volumen interior, que fuera capaz de alcanzar ultra alto vacío y controlar la temperatura, además de tener las características de la cámara anterior, poder contactar eléctricamente y ser capaz de albergar gases sin tener fugas. Para hacer esto posible, se usó una “T” diseñada específicamente para soportar ultra alto vacío. Para las conexiones eléctricas se empleó una tapa KF50 adaptada para conexiones eléctricas y otra para poder inyectar y extraer gases. Adicionalmente, se diseñó un nuevo soporte para albergar la muestra y poder calentarla, mientras se realizaba la medida. Para poder controlar la temperatura, se ensambló un controlador de temperatura capas de controlar dos temperaturas simultáneamente. Para este nuevo experimento, se inyectaron diferentes gases intercalados por un ciclo de vacío para acelerar el proceso y asegurar la liberación de todos los gases de la muestra. Por cada nuevo gas al que se expuso la muestra, se midió una curva de la corriente dependiente del voltaje. Para este nuevo experimento se emplearon los gases mencionados en el experimento anterior además de Argón, Oxigeno y ultra alto vacío. En este nuevo experimento se notó una mayor respuesta teniendo en cuenta que antes para obtener una respuesta estable se tardaba 1 día y ahora unas 3 horas. Comparando los resultados del experimento con los datos teóricos, se concluyó que los gases reactivos interactúan con los centros metálicos de la estructura, que a su vez amplía la distancia entre las diferentes capas estructurales y, como consecuencia, reduce la respuesta eléctrica del material. El tercer capítulo se enfocó en la fabricación de películas finas moleculares para estudiar su transporte de carga vertical. Para este propósito se centró el estudio en dos familias: los clatratos de Hoffman y los polipéptidos capaces de atrapar lantánidos. Estas familias son interesantes, principalmente, porque tienen características únicas. En el caso de los clatratos de Hoffman, presentan bi-esbilidad de espín en sus centros metálicos. Y en los polipéptidos, gracias a su quiralidad, podrían presentar efecto CISS . Los clatratos de Hoffman son estructuras laminares auto ensambladas tridimensionales, basadas en capas de metal-cianuro-metal unidas verticalmente por pilares de anillos aromáticos con bases nitrogenadas. Los polipéptidos se derivan de múltiples aminoácidos formando una cadena carbonada. Previamente ambas moléculas han sido depositadas en superficie, pero este proceso no ha sido posible monitorizarlo. Por esta razón se decidió usar la microbalanza de cuarzo (QCM ) como herramienta para estudiar la dinámica de deposición de ambas moléculas. Para este propósito fue necesario combinar la QCM a con una bomba y una válvula de múltiples canales. Con la combinación de estos elementos, fue posible inyectar secuencialmente los diferentes reactivos para crear las estructuras deseadas. Para el caso de la fabricación de películas finas de clatratos de Hoffman con pilares de piridina se empezó inyectando los diferentes reactivos con un flujo de 100µL/min durante 1000 segundos por ciclo hasta terminar con un flujo de 600µL/min durante 180s por ciclo. Los resultados del experimento mostraron que con flujos lentos no es posible limpiar completamente el reactivo anterior, lo cual creaba competencia entre la nucleación de los compuestos y la formación de la película sobre la superficie obteniendo películas de mala calidad. Al aumentar el flujo la calidad de las películas mejora considerablemente pero lamentablemente no tiene la calidad adecuada para ser comparadas con las producidas por el método de capa a capa asistida por robot, usado anteriormente. Por lo tanto, se decidió continuar usando el método automatizado de capa a capa, en lugar de usar el que emplea la QCM. En el caso de la fabricación de SAMs compuestas por polipéptidos, se buscaba estudiar la formación de las monocapas. Para este propósito se realizaron dos estudios: la deposición del péptido y el mismo coordinado a un lantánido. Como resultado se observó una diferencia del 30% entre la deposición del LBTC enlazado al lantánido y del LBTC en ausencia del lantánido. Basado en los cálculos teóricos, se podrían encontrar dos posibles respuestas de porqué se observó este cambio: la primera es que la estructura quiral del LBTC se pierde y como consecuencia se puede compactar mejor la SAM y la segunda, es que la estructura del LBTC se conserva y forma una segunda monocapa apilada sobre la primera, sin embargo, esto no se presenta en el LBTC que tiene coordinado el lantánido, por eso mismo se cree que es la menos probable. Una vez estudiada la deposición de ambas moléculas se continuó con el estudio de transporte de carga vertical en ambas moléculas. Para este propósito se adaptó una configuración que ya se tenía montada la cual usaba Hg como metal líquido. El problema de este metal es su viscosidad la cual le permite infiltrarse en las estructuras cuando estas son porosas como es el caso de los clatratos de Hoffman. Por esta razón se decidió cambiar al eutéctico de galio indio (EGaIn), el cual, gracias a su fina capa de óxido de galio, conserva su forma y no se infiltra en las estructuras de los materiales porosos. La configuración que se usó tiene un soporte que mantiene suspendida la aguja la cual sostiene el electrodo de metal líquido, una cámara digital, un objetivo 5x y una base con precisión micrométrica para moverse en las tres dimensiones del especio. En el caso de los clatratos de Hoffman se estudiaron dos factores: la dependencia de la densidad de corriente frente al espesor de las películas, y el cambio de esta dependencia al cambiar la naturaleza de los pilares que sostienen la estructura. Para este último objetivo se escogieron 3 pilares similares: de piridina, de pirimidina y de isoquinolina. Al medir las muestras de isoquinlona se observó que los datos estaban dispersos entre 4 ordenes de magnitud, por consiguiente, se realizó un estudio de los resultados obtenidos de densidad de corriente en diferentes zonas de la muestra. La muestra se separó en 3 zonas diferentes dado a la forma en la que las muestras son fabricadas. Éstas se fabricaron sosteniendo las muestras por un extremo y sumergiéndolas en los diferentes elementos de comprende las moléculas. Como resultado, la parte por la que la muestra es sujetada no se logra depositar casi material y en el extremo opuesto ocurre lo contrario, se acumula todo el material creando espesores no deseados, por lo tanto, se decidió a partir de ese momento, solo tener en cuenta las medidas realizadas en el centro de las muestras que se esperaba fuera más homogénea, la cual fue demostrado en los resultados de densidad de corriente en las tres zonas. Una vez resuelto este problema, se decidió seguir midiendo las muestras de piridina y pirimidina. Una vez comparados los resultados de todas las familias se observó que a pesar de que todas están ligadas de igual manera a la SAM en el contacto de oro, presentan una clara diferencia a la hora de realizar la interfaz con el EGaIn, en el cual la pirimidina ofrece una interfaz mas fuerte y por consiguiente muestra una densidad de corriente inicial (J0 ) más alto, seguido de la familia con pilares de isoquinolina que presentan un valor menor de J0, pero al tener una distancia interplanar más amplia, dificulta el mecanismo de salto entre centros metálicos. Por último, se tiene la familia de piridina la cual tiene una J0 más baja, pero presenta el mismo comportamiento que la pirimidina, por la ausencia del nitrógeno en su anillo aromático. En el caso de las Tb-LBTC SAMs se realizaron dos estudios: averiguar la función de trabajo y observar si el sistema posee polarización de espín. Para averiguar la función de trabajo, primero fue necesario estudiarla eléctricamente, midiendo uniones de Au/Tb-LBTC/EGaIn por toda el área de la muestra. Usando la información obtenida a través del modelo de un solo nivel con transmisión Lorentziana y espectroscopia de voltaje de transición se averiguó que se necesitan 0.7 eV para superar el Tb-LBTC y además una función de trabajo de 4.62 eV para la SAM de Tb-LBTC. Una vez estudiada eléctricamente la muestra, se decidió averiguar si la SAM de Tb-LBTC podría filtrar espines polarizados. Con este objetivo en mente, se modificó la configuración de transporte eléctrico vertical para que fuera capaz de aplicar un campo magnético fijo, para lograrlo se puso debajo de la muestra un imán de neodimio y así aplicar un campo magnético mientras la muestra era media eléctricamente. Para comprobar si la nueva configuración funcionaba, se decidió probar la polarización de espín en ALA8, la cual ha sido medida por ciclo voltametría y espectrometría de fotoemisión, además de haber sido medida por AFM conductor. Teniendo en cuenta ésto, se midió la SAM de ALA8 y se obtuvo una polarización de espín de un orden de magnitud comparado con los obtenidos a través de medidas de ciclo-voltametría tal cual dice la bibliografía. Luego, se comprobó que la nueva configuración propuesta funcionó. Con este resultado, se pasó a medir la SAM de Tb-LBTC con la nueva configuración propuesta y con ciclo-voltametría. Los resultados mostraron que la polarización de espín de la SAM de Tb-LBTC fue, en promedio, de un -51%, lo cual fue un orden de magnitud mayor al resultado obtenido por ciclo-voltametria, del 6%. Con esto se comprobó que Tb-LBTC es capaz de filtrar espines y que el equipo diseñado es capaz de medir polarización de espín, lo cual fue una nueva contribución a las técnicas de medición de transporte eléctrico usando contactos líquidos. es_ES
dc.format.extent 179 p. es_ES
dc.language.iso en es_ES
dc.subject transporte de electrones es_ES
dc.subject propiedades de materiales es_ES
dc.subject tecnología de materiales es_ES
dc.title Engineering new tools for automated fabrication of molecular thin films and study of their electrical properties es_ES
dc.type info:eu-repo/semantics/doctoralThesis es_ES
dc.subject.unesco UNESCO::FÍSICA::Electrónica ::Transporte de electrones es_ES
dc.subject.unesco UNESCO::FÍSICA::Electrónica ::Otras es_ES
dc.description.abstractenglish I discovered Nanotechnology while I was studying Mechatronic Engineering. I immediately got fascinated! Then, I started thinking about how some of the mechatronic concepts I learned could be applied to this field and at the end of my degree, I decided to join the Master of Molecular Nanoscience and Nanotechnology at the Institute of Molecular Nanoscience (ICMol). This institute was founded in 2000 and is located in the Scientific Park of the University of Valencia. Its main focus is to develop high-quality research in Materials Science and Nanoscience using a molecular approach by i) designing and synthesizing molecules and molecular assemblies exhibiting useful physical or chemical properties, ii) investigating these properties through both experimental and theoretical approaches, and iii) exploring the potential applications of these molecules and materials in different areas of current interest (Metal-organic Frameworks (MOFs), Molecular Magnetism, Molecular Electronics, Molecular Spintronics, Nanotechnology, Biotechnology, Catalysis, etc.). During my Master, I worked among the Research Team on Molecular Materials (RTMM) led by Prof. Eugenio Coronado and Functional Inorganic Materials (FUNIMAT) group led by Dr. Carlos Martí Gastaldo. There, I discovered the great potential of the Institute in developing new molecular materials and characterizing their properties (structural, optical, magnetic). But I thought that there was still a place for improvement in the way that materials were integrated into functional devices. In fact, making new materials that are compatibles with current CMOS based technology (CMOS, Complementary metal-oxide-semiconductor) will require its integration into surfaces and the use of electrical signals to address its properties. Mechatronics is used to design new systems on different areas based on the automatization of buildings, homes, industries, vehicles, and to design robots or new machines that combine Mechanics, Electrics, Electronics, and Computational Control. And thus, it is perfectly suited to address some of the challenges of materials research. Following those ideas, a Santiago Grisolía Ph.D. Scholarship (GRISOLIA/2015/007) was granted to me with the group of Prof. Coronado. Its aim was to develop some of the platforms missing in the Institute to carry on with the study of the electrical properties of molecular materials and integration into electrical devices. The main purposes were: i) Nanostructuration of novel molecular materials like polypeptide, two-dimensional metal-organic frameworks (2D MOFs), spin-crossover coordination polymers (SCO CPs) into thin films and ii) to reliably measure their electrical properties and to integrate them into functional devices (as for example gas sensors or field-effect transistors) compatible with currents technologies. Although I learned a lot about the chemistry of these materials. It is important that the reader keeps in mind, that my main work has not been focused on the synthesis of materials but on the development of new tools that make its electrical characterization and their integration into devices possible. As a result, this thesis will be focused specifically on the description of the tools that I have developed and how to use them. I will put special care on signaling out what are their limitations and how can they be upgraded in the near future. This document will be divided into three chapters: The first chapter will start introducing what metal-organic frameworks (MOFs) are and why they are promising candidates for its integration into electronic devices. Then, I will present the general principles to understand the electronic properties followed by the techniques used to measure the electrical properties of bulk samples and thin films. And finally, I will review the techniques used to deposit MOFs as thin films. In the second chapter, these concepts will be focused on the development of necessary tools to the study electrical conductivity of a family of isostructural two-dimension metal-organic frameworks (2D MOFs). More precisely M-CAT-1 formed through combination of the CAT ligand [CAT = catecholate = HHTP = 2,3,6,7,10,11 hexahydroxytriphenylene] with different metals (M) such as Cu, Co, Ni, Zn and Cd. We will focus on Cu-CAT-1 which turned out to be the most conductive of its family. Then, I will review how Cu-CAT-1 thin films were deposited and how its electrical properties were studied. Additionally, we will show the tools and experiments carried out to find out the origin of the chemiresistive response of these 2D MOF films. es_ES
dc.embargo.terms 0 days es_ES

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