View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

14 Kapitel 2: Grundlagen und Methoden
zwischen zwei Elektroden herzustellen. Speziell geht es um die Kontaktierung einer selbstorganisierten
Monolage von Molekülen. Im Folgenden werden die für diese Arbeit zentralen
Konzepte vorgestellt.
2.2.1 Selbstorganisierende Monolagen
Der Begri selbstorganisierende Monolage (engl. Self Assembled Monolayer, SAM) bezeichnet
die spontane Selbstorganisation eines Stoes zu einer geordneten Schicht auf einer
Oberäche [42, 43, 44]. Durch die Modizierung einer Oberäche mit einer Molekülschicht
wird die Eigenschaft der Oberäche verändert, während die Topographie erhalten bleibt.
Die Bildung einer SAM ist unter bestimmten Voraussetzungen möglich. Das Molekül wird
dazu auf eine geeignete Oberäche in üssigem oder gasförmigen Zustand gebracht. Zum
einen muss das Molekül bevorzugt an die Oberäche binden können. Des Weiteren darf nach
der Bindung keine Möglichkeit bestehen, dass weitere Moleküle an die bereits vorhandenen
binden und ein 3D-Wachstum ermöglichen. Dadurch ist der Prozess selbstlimitierend, da
maximal eine Molekülschicht an die Oberäche adsorbieren kann.
Typischer Weise bestehen Moleküle, die zur Bildung einer SAM fähig sind, aus drei Untereinheiten:
einer Kopfgruppe, einem Abstandhalter und einer Endgruppe. Während die
Kopfgruppe die Bindung des Moleküls an die Oberäche bewirkt, bestimmt die Endgruppe
die Oberächenenergie und das Bindungsverhalten der SAM. Der Abstandhalter ist für
das Selbstorganisationsverhalten verantwortlich. Bei der Entstehung der Monolage liegen
die gebundenen Moleküle zuerst ungeordnet auf der Oberäche. Der Bindungsvorgang ist
stark exotherm, wodurch eine vollständige Besetzung aller Adsorptionsplätze energetisch
günstig wird. Um letzteres zu erreichen, wird von den Molekülen eine dichteste Packung
angestrebt. Dies führt zur Ausbildung einer hoch geordneten Monolage (vgl. Abbildung 2.6
A)).
Thiole bilden auf Gold-Oberächen eine sehr stabile Au-S-Bindung aus. Daher werden
A) B) C)
Abbildung 2.6: A) Schematische Darstellung einer idealen SAM auf einem Goldsubstrat.
Defekte können an Domaingrenzen (B) oder durch die Topographie des
Substrates (C) hervorgerufen werden.
häug Thiole als Kopfgruppe mit einer Alkylkette als Abstandhalter verwendet, was die
Bildung von Alkanthiol-SAMs erlaubt [45, 46]. Die Dicke einer SAM wird in erster Linie
durch die Moleküllänge bestimmt. Jedoch wird die dichteste Packung oft unter einer
Verkippung der Moleküle erreicht, wodurch die eektive SAM Höhe geringer als die Moleküllänge
ausfällt.
Trotz der hohen Ordnung in einer SAM, kommt es zu Defekten in der Monolage. Sind