Ces dix dernières années, les technologies de stockage non-volatile Flash ont joué un rôle majeur dans le développement des appareils électroniques mobiles et multimedia (MP3, Smartphone, clés USB, ordinateurs ultraportables…). Afin d’améliorer davantage les performances, augmenter les capacités et diminuer les coûts de fabrication, de nouvelles solutions technologiques sont aujourd’hui étudiées pour pouvoir compléter ou remplacer la technologie Flash. Citées par l’ITRS, les mémoires résistives polymères présentent des caractéristiques très prometteuses : procédés de fabrication à faible coût et possibilité d’intégration haute densité au dessus des niveaux d’interconnexions CMOS ou sur substrat souple. Ce travail de thèse a été consacré au développement et à l'étude des mémoires résistifs organiques à base de polymère de poly-méthyl-méthacrylate (PMMA) et de molécules de fullerènes (C60). Trois axes de recherche ont été menés en parallèle: le développement et la caractérisation physico-chimique de matériaux composites, l’intégration du matériau organique dans des structures de test spécifiques et la caractérisation détaillée du fonctionnement électrique des dispositifs et des performances mémoires. / Over the past decade, non-volatile Flash storage technologies have played a major role in the development of mobile electronics and multimedia (MP3, Smartphone, USB, ultraportable computers ...). To further enhance performances, increase the capacity and reduce manufacturing costs, new technological solutions are now studied to provide complementary solutions or replace Flash technology. Cited by ITRS, the polymer resistive memories present very promising characteristics: low cost processing and ability for integration at high densities above CMOS interconnections or on flexible substrate. This PhD specifically focused on the development and study of composite material made of Poly-Methyl-Methacrylate (PMMA) polymer resist doped with C60 fullerene molecules. Studies were carried out on three different axes in parallel: Composite materials development & characterization, integration of the organic material in specific test structure and advanced devices and finally detailed electrical characterization of memory cells and performances analysis.

La présente thèse décrit la synthèse de briques de base de fullerènes pour la préparation de dispositifs moléculaires photoactifs combinant C60 et porphyrines. La cycloaddition alcyne-azoture catalysée au cuivre (I) a été utilisée comme outil de synthèse pour la préparation des dérivés C60 complexes.L’utilité synthétique de synthons C60 a été montrée avec la préparation d’édifices moléculaires complexes présentant des propriétés spécifiques pour diverses applications. Ainsi, un système photoactif flexible combinant C60 et porphyrine a été synthétisé. Cependant la flexibilité de l’espaceur liant les sous-unités de ce composé conduit à des variations de structurales importantes et complique ainsi l’analyse des études photophysiques.Dans ce contexte, nous nous sommes proposé dans une première partie de la présente thèse de parfaitement contrôler l’orientation et la distance des différentes sous-unités au sein de systèmes C60-donneurs. Afin de répondre à ce besoin, nous avons construit une brique de base de C60 rigide ayant un groupe azoture aromatique. Ainsi, la réaction « click » avec un phénylacétylène conjugué au groupement donneur conduit à un espaceur rigide entre les deux sous-unités.La deuxième partie de ce travail a été consacrée à la synthèse d’hexa-adduits du C60 portant différents groupements fonctionnels. Une méthode de synthèse permettant de préparer des hexa-adduits du C60 fonctionnalisés a été mise au point au laboratoire.Cette stratégie a été modifiée et des composés de C60 comportant dix fonctions azotures et une fonction alcyne protégée ont été synthétisés; dans ce cas il est possible d’introduire dans un premier temps par une réaction click dix groupes fonctionnels. Et dans un second temps; après déprotection de la fonction alcyne, une seconde réaction de click permet alors de greffer un fonctionnel différent. / The present PhD thesis manuscript is focused on the use of fullerene building blocks for the preparation of photoactive molecular devices combining C60 and porphyrins. Cu(I) Catalyzed alkyne-azide cycloaddition was used as a synthetic tool for the preparation of complex C60 derivatives. Specifically, in the first part (Chapter II-B), a flexible fullerene-porphyrin triad has been developed and the photophysical studies were performed. The flexible linker between the fullerene core and the azide groups prevented any conformational control on the relative orientation and distance between the two photoactive subunits connected together. This prompted the development of an analogous building block in which the azide unit is directly connected to the bridging phenyl ring (Chapter II-C). In this way, the click reaction with porphyrin-alkyne derivatives give access to hybrid systems with a controlled relative orientation of the two moieties. This is of fundamental importance for a better understanding of the structural parameters affecting the electron and/or energy transfer kinetic in such dyads.In the second part (Chapter III), a fullerene hexaadduct scaffold is used to build up sophisticated multiporphyrin systems for various applications. The preparation of these multi-chromophoric ensembles relies on the click-click approach developed in our group.

Au cours de ce travail nous avons étudié la réalisation de couches moléculaires d’accroche terminées amine. Sur l’oxyde de silicium l’aminopropyletriméthoxysilane (APTMS) a été déposé à partir d’une solution, et via une méthode originale par voie sèche qui nous a permis de mettre en évidence les temps caractéristiques de greffage et d’organisation de la couche d’APTMS. Sur l’or, les monocouches d’aminoéthanethiol (AET) et d’aminothiophénol (ATP) ont été réalisées à partir d’une solution. Nous avons ensuite étudié les aspects structuraux et cinétiques du greffage des fullerènes C60 sur de telles couches d’accroche, constituées de terminaisons amines soit sur toute la surface soit en des zones isolées (couches binaires). Les techniques de spectroscopie UV-Visible, IRTF, Raman, et XPS ont permis d’observer le greffage des C60 sur les couches aminées. La spectroscopie Raman en mode exalté (SERS) a mis en lumière que les molécules d’ATP étaient plus inclinées après le greffage à reflux des C60. Les analyses des diverses couches à l’échelle moléculaire ont été menées par microscopie à sondes locales (AFM, STM), et les mesures électriques réalisées sur or à l’aide de la pointe STM ont montré le caractère isolant de la couche d’accroche seule et un gap proche de celui du C60 après greffage des fullerènes. Elles ont également mis en évidence que le C60 était greffé sélectivement sur les zones terminées amines des couches d’accroche binaires. Enfin, une application potentielle des couches de C60 étant les mémoires moléculaires, les propriétés électriques des diverses couches réalisées ont été mesurées à l’aide de contacts électriques évaporés. / In this work we studied the preparation of sticking amine- terminated molecular layers. On silicon dioxide, 3-aminopropyltrimethoxysilane (APTMS) was de- posited from a solution, and using an original dry method that allowed us to determine time constants of APTMS layer grafting and organization. On gold surfaces, monolayers of aminoethanethiol (AET) and aminothiophenol (ATP) molecules were prepared from a solution. Then, we studied structural and kinetic aspects of ullerene C60 grafting on such sticking layers, terminated by amines either all over the surface or on isolated areas (binary layers). UV-visible, FTIR, Raman and XPS spectroscopy techniques enabled to observe that C60 was grafted on the amine-terminated layers. Exalted Raman spec- troscopy (SERS) revealed ATP molecules were more tilted after C60 grafting under reflux. Analyses of all the layers were made at a molecular level by local probe microscopy (AFM, STM), and electrical measurements performed on gold using the STM tip showed the in- sulating nature of the sticking layer whereas a gap close to that of C60 appeared after grafting of fullerenes. They also highlighted that C60 was selectively grafted on amine- terminated zones within binary sticking layers. At last, one of potential applications of C60 layers being molecular memory cells, electrical properties of the various studied layers were measured through evaporated electrical contact pads.