View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

2 Kapitel 1: Einleitung
einem Ionenleiter kontaktiert. Zur Untersuchung des Ladungstransports und für Anwendung
in der Elektronik ist jedoch eine molekulare Brücke der Form Elektrode-Molekül-
Elektrode entscheidend. Erst durch so eine Konguration wird direkter Zugri auf die
elektrische Funktion des Moleküls möglich. Die Herstellung einer solchen Brücke ist jedoch
sehr schwierig. Dies liegt zum einen an den Dimensionen der Moleküle (Å bis nm) im
Vergleich zu den Elektroden (30 nm bis 100 μm). Zum anderen sind Herstellungsverfahren
der Schaltkreise schädlich für viele organische und nahezu alle biologischen Moleküle. Es
existieren verschiedene Ansätze um eine molekulare Brücke herzustellen. Diese lassen sich
in die Kategorien Punktkontakte und Flächenkontakte unterteilen.
Punktkontakte werden beispielsweise durch Nanoelektroden generiert, deren Abstand durch
Piezoelemente bis auf 0.1 nm kontrolliert werden kann. Durch Selbstorganisationsprozesse
kann ein Molekül in die Lücke der Elektroden gebracht und so untersucht werden.
Der mechanisch kontrollierte Bruchkontakt (engl. Mechanically Controlled Break Junction,
MCBJ) ist ein Beispiel für so einen Kontakt [5]. Auch ist die Rastertunnelmikroskopie
(engl. Scanning Tunneling Microscope, STM) oder die Strom-Spannungs Rasterkraftmikroskopie
(engl. Conductive Probe Atomic Force Microscopy, CP-AFM) eine Technik dieser
Kategorie [6].
Die zweite Kategorie der Flächenkontakte umfasst Systeme, die auf eine parallele Adressierung
vieler Moleküle in einer Monolage abzielen. Dies wird idealer Weise durch den
Einschluss einer Monolage zwischen zwei planaren Elektroden realisiert. Flächenkontakte
versprechen eine leichtere Anwendbarkeit in einem Schaltkreis, da sich Monolagen in
Bottom-Up Prozessen herstellen lassen. Jedoch ist der Einschluss einer Monolage zwischen
zwei Elektroden, bei gleichzeitigem Erhalt ihrer Funktion, eine technologische Herausforderung.
Als zuverlässige Technik für Flächenkontakte hat sich bisher nur die Tropfen-
Elektrode etabliert [7].
Generell weisen alle Arten von molekularen Brücken eine hohe Variation in den Messergebnissen
auf. Dies ist zum einen darin begründet, dass die Struktur und Anordnung
eines Moleküls in einer Brücke einen hohen Einuss auf die Messungen hat. Eine minimale
Änderung der räumlichen Konguration führt zu einer signikanten Veränderung in der
Stromstärke. Auf der anderen Seite sind viele Faktoren noch unverstanden. Insbesondere
der Einuss verschiedener Bindungstypen auf die Kopplung der Moleküle an die Elektrode
ist hier eine Fragestellung.
Daher ist es auf der einen Seite notwendig, dass eine Vielzahl an Messdaten generiert
werden, um statistische Aussagen treen zu können. Auf der anderen Seite müssen die
Untersuchungstechniken weiter verbessert werden, um alle Aspekte des Ladungstransports
auf molekularer Ebene aufdecken zu können. Speziell bei den Flächenkontakten sind alternative
Methoden erforderlich, um verlässliche Aussagen zu treen.
Im Mittelpunkt dieser Arbeit standen molekulare Brücken in Form von Flächenkontakten
und ihre technologische Realisierung. Dazu wurden zwei Ansätze verfolgt.
Zunächst wurde das Tropfen-Elektroden Experiment betrachtet. Durch die Kombination
mit einem Multy Electrode Array (MEA) wurde eine neue Variante dieser Technik evaluiert.
Dabei wurde eutektisches Gallium-Indium (EGaIn) als metallischer Tropfenkontakt
verwendet, um Metall-Molekül-EGaIn Brücken zu schaen. Der Einsatz von MEAs ermöglichte
die parallele Herstellung vieler molekularer Brücken auf einem einzigen Chip. Mit
diesen konnte der Transportmechanismus zunächst in Alkanthiolen bestimmt werden. Des