Розділ 6 Тема 6 Молекулярная электроника

Молекулярні матеріали. Транзистор Авірама і Ратнера. Самозбирання та самоорганізація при створенні молекулярних електронних приладів. Фоточутливі молекулярні перемикачі. Супрамолекулярні електронні системи. Оптична молекулярна пам'ять. Молекулярні діоди. Молекулярна і супрамолекулярна пам’ять на ред-окс системах. Конфігураційне перемикання і пам'ять. Молекулярні і гібридні (молекулярно-вуглецеві) транзистори. Молекулярна спінтроніка. Молекулярна магнітна пам'ять.

Возможность использования молекулярных и супрамолекулярных структур для электроники будущего и применения в качестве элементной базы вычислительных систем следующего поколения привлекает пристальное внимание исследователей. Самые сложные и совершенные электронные процессы в природе, включая фотосинтез и передачу нервных сигналов, происходят на молекулярном уровне, а выбор природы всегда оптимален. Молекулярные материалы имеют ряд важных преимуществ по сравнению с традиционными макроматериалами.

Во-первых, молекулярный размер — это область от 1 до 100 нм, благодаря чему может быть обеспечена наиболее высокая плотность молекулярных диодов и транзисторов в интегральной схеме и, следовательно, достигнута наиболее высокая производительность

молекулярной вычислительной системы.

Во-вторых, молекулярные структуры обладают широким спектром оптических, электрических и магнитных свойств, а неисчерпаемые возможности органического синтеза позволяют широко модифицировать строение молекул и «настраивать» эти свойства в нужных пределах и направлениях.

В-третьих, для конструирования молекулярных устройств могут быть использованы молекулярные механизмы самосборки и молекулярного распознавания.

Молекулярная электроника - это перспективная область наноэлектроники будущего. Молекулярная электроника рассматривается в качестве возможного способа собрать наноразмерные объекты (молекулы, наночастицы, нанотрубки и нановолокна), чтобы сформировать новые устройства и архитектурные схемы для решения задач миниатюризации, стоящих перед наноэлектроникой. Это также интересный подход для

существенного снижения затрат на изготовление и энергетических затрат на вычисления по сравнению с обычными полупроводниковыми технологиями. В отличие от твердотельной микроэлектроники, для создания изделий молекулярной электроники широко используются синергетические подходы (самосборка и самоорганизация).

Родоначальниками молекулярной электроники считаются Авирам и Ратнер, которые в 1974 году теоретически предложили концепцию молекулярного выпрямляющего диода, в котором мостик между акцепторным и донорным участками в молекуле (acceptor-bridge-donor (A-b-D)) может играть ту же роль, что и полупроводниковый р-п-переход в твердотельной микроэлектронике. Чтобы обладать необходимыми свойствами, такая

молекула должна содержать мощные π-донорные и π-акцепторные группы, разделенные блокирующим сопряжение сигма-спейсером.

В настоящее время молекулярная электроника превратилась в широко разветвленную мультидисциплинарную область исследований, охватывающую создание и применение молекулярных устройств в качестве диэлектриков, переключателей тока, транзисторов, светоизлучающих диодов, сенсоров и др.В широком смысле молекулярную электронику можно определить как область применения молекул и молекулярных материалов, способных принимать, хранить и обрабатывать информацию. Создание широкого спектра переключателей и нанопроводников обеспечило возможность формирования на их основемолекулярных логических устройств. Схема такогогибридного устройства, созданного в лабораторияхфирмы «Hewlett—Packard» (США), — демультиплексора, позволяющего с помощью нескольких (k) обычных проводников на кристалле кремния управлять 2^k нанопроводниками, и ключа, содержащего проводящую молекулу, показана на рисунке 1. Подавая напряжение на нанопроводники, разделенные молекулярными слоями, можно переводить ключ из замкнутого («on») в разомкнутое («off») состояние. Из таких ключей можно собирать высокоемкие устройства памяти для молекулярных компьютеров, создание которых ожидается в течение ближайшего десятилетия (2008)