隨著半導(dǎo)體制造特征尺寸進(jìn)入納米數(shù)量級，研究表明，單品硅片上生產(chǎn)大規(guī)模集成電路器件的技術(shù)已接近極限。，如何才能使以計(jì)算機(jī)技術(shù)為代表的現(xiàn)代電子進(jìn)一步發(fā)展呢？希望寄托在新材料的突破，分子電子材料形成的分子元器件就是這種希望之所在。
    1．分子器件原理
    許多含π鍵的有機(jī)允子可以用作分子電子器件，苯分子就是一個(gè)典型的例子(圖4.2.14)。苯分子中6個(gè)碳原子構(gòu)成一個(gè)正六邊形的環(huán)，每個(gè)碳原子外接一個(gè)氫原子，碳原子環(huán)構(gòu)成共軛π鍵具有良好的導(dǎo)電性能。苯分子線度（兩個(gè)最遠(yuǎn)的氫原子間距）約為0. 5nm�；瘜W(xué)家可以把這兩個(gè)在一條直線上的氫原子用硫原子(S)取代，以便與金(Au)導(dǎo)線相連接。用量子力學(xué)原理可以計(jì)算得到孤立的苯硫醇分子的電子能級是一系列不同能級，從而形成電子器件的電子或空穴導(dǎo)電現(xiàn)象；通�？捎猛饧庸狻㈦妶稣{(diào)控分子的部分結(jié)構(gòu)，或用橫向門電壓來改變分子能級位置，進(jìn)而達(dá)到控制分手電流的目的。

    2．分子材料與器件
    1)分子開關(guān)
    開關(guān)，是以二進(jìn)制為基礎(chǔ)的數(shù)字技術(shù)的主要基礎(chǔ)器件之一。要在分子水平上研制分子計(jì)算機(jī)，分子開關(guān)是十分關(guān)鍵的。目前已經(jīng)通過分子納米技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室研制出分子級DRAM，芯片截面積僅為頭發(fā)截面積的二十五分之一。采用分子電子材料制造芯片，同樣的面積內(nèi)的開關(guān)電路容量和功耗分別是傳統(tǒng)芯片的萬倍和萬分之一。
    2)分子導(dǎo)線
    分子器件的連接導(dǎo)線也不是傳統(tǒng)金屬導(dǎo)體所能勝任，而需要分子導(dǎo)線實(shí)現(xiàn)互連�，F(xiàn)分子導(dǎo)線的方案有盤狀液晶、離子傳導(dǎo)隧道和脫氧核糖核酸等，如圖4.2.15所示是以脫氧核糖核酸為基本單元的分子導(dǎo)線示意圖，由于人腦的信息存儲(chǔ)與傳遞的基本“元件”就是由核酸構(gòu)成的，因而該方案可能很有應(yīng)用前景。

                
    3)分子二極管
    二極管是誕生最早的電子器件之一，應(yīng)用非常廣泛。利用單個(gè)分子構(gòu)造具有特定功能的電子器件是納米電子學(xué)的重要研究方向之一，目前已經(jīng)研制出具有整流作用的分子二極管，如圖4.2.16所示。
    4)分子電路
    將分子元器件按要求通過分子導(dǎo)線連接起來就構(gòu)成分子電路，如圖4.2.17所示。

           
    
    3．分子電子學(xué)
    有關(guān)分子材料和分子器件的研究已經(jīng)形成電子學(xué)的一個(gè)新分支——分子電子學(xué)。分子器件主要研究分子導(dǎo)線、分子開關(guān)、分子整流器、分子存儲(chǔ)器、分子電路、分子電子芯片等，與傳統(tǒng)的固體電子器件相比，分子器件具有很多優(yōu)點(diǎn)。分子電子芯片的尺寸比目前的  硅芯片小3個(gè)數(shù)量級；一個(gè)同樣體積的分子芯片具有比通常芯片高出幾百萬倍的計(jì)算能力；在不明顯增加成本的前提下，由于集成度的提高，計(jì)算速度也會(huì)大大提高。而通過自組裝方式構(gòu)造分子器件，可成功解決有機(jī)功能分子與界面的接觸問題及界面接觸導(dǎo)致的測量誤差問題。
    分子材料主要研究哪些材料能夠用于制作分子器件、材料的制備方法及性能測試等。這兩類基本問題是相輔相成、密不可分的。如何將分子材料與分子器件的研究有機(jī)結(jié)合，并協(xié)調(diào)發(fā)展，是分子電子學(xué)研究的精髓，也是推動(dòng)分子電子學(xué)發(fā)展的動(dòng)力。    JS28F256M29EWH

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