Молекулярна електроніка | Енциклопедія Сучасної України
Beta-версія

Молекулярна електроніка


Молекулярна електроніка

МОЛЕКУЛЯ́РНА ЕЛЕКТРО́НІКА Прогрес традиц. кремнієвої електроніки обумовлений можливістю мініатюризації її осн. актив. елемента транзистора. Сучасні технол. методи виготовлення інтегральних схем, що базуються на можливостях оптич., рентґенів., електрон. й іонно-променевої літографій, практично не лімітують необхід. розмір елемента чіпа (тобто розмір окремого транзистора). Нині лімітуючим фактором є принцип. фіз. обмеження (різні класичні та квант. розмірні ефекти), що виникають при зменшенні розміру елемента чіпа до 100 нм і сповільнюють розвиток мікроелектроніки в межах закону Мура та спонукають до пошуку альтернатив. підходів для мініатюризації. Одним із таких підходів є М. е. Під М. е., у широкому сенсі цього терміна, розуміють наук. напрям, що розв’язує ті ж задачі, що й традиц. електроніка, але при цьому використовує принципи молекуляр. конструювання. М. е. cформувалася на межі твердотільної електроніки, квантової електроніки та молекулярної біофізики. Перспективи розвитку М. е. пов’язані зі створенням молекуляр. інформ.-обчислюв. систем, що за принципом дії та за своїми можливостями подібні до мозку людини. Часто історію виникнення М. е. пов’язують зі статтею амер. науковців А. Авірама та M.-A. Ратнера («Molecular rectifiers» // «Che­mical Physics Letters», 1974, vol. 29, № 2), в якій вперше висвітлено можливість ефекту випрямлення в структурі з 2-х метал. контактів і 3-х молекул, розташ. між ними. Однак фундам. ідеями, з яких розвинулася М. е., є теорії молекуляр. провідності, оприлюднені наприкінці 1940-х рр. амер. вченими Р.-С. Маллікеном і А. Сент-Джорджі, – концепція донорно-акцептор. комплексів з перенесенням заряду та можливість білків фактично не бути ізоляторами. Протягом наступ. 2-х десятиліть різні вчені досліджували системи перенесення електронів, а також надпровідність у білках. Дослідж. у галузі М. е. активізувалися після 1994, коли значно зросла кількість публікацій і конференцій. 2000 засн. наук. ж. «Organic Electronics». Нині існують 2 напрями: М. е. макроскопіч. рівня (прикладна галузь дослідж., спрямована на створення молекуляр. матеріалів для електрон. приладів, що функціонують за принципом p-n-пере­ходу) та М. е. мікроскопіч. рівня (галузь фундам. дослідж., спрямованих на пошук нових принципів оброблення інформації з використанням окремих молекул або їхніх фрагментів). В органічній електроніці всі 3 типи матеріалів – діелектрик (див. Матеріали електроізоляційні), напівпровідник, метал – отримують шляхом хім. дизайну з органіч. молекул на основі вуглецю. Однією з причин великого комерц. потенціалу органіч. матеріалів (провідник. і напівпровідник. полімерів) є те, що вони можуть бути виготовлені швидко, дешево й у знач. кількостях. Технологія нанесення органіч. напівпровідників оперує добре відпрацьованими методами нанесення з розчину та випаровування у вакуумі. Гол. зусилля фахівців у галузі М. е. спрямовані на дослідж., пов’яза­ні з використанням функціонал. специфіч. властивостей молекуляр. систем. Швидка реалізація цих результатів можлива у таких напрямах: елементи пам’яті різноманіт. призначення (оператив., статич., архів. та ін.), зокрема й радіаційно стійкі; молекулярні транзистори, діоди тощо; засоби відображення інформації (дисплеї, телевіз. екрани тощо); хім. і біол. сенсори; фотоприймачі різноманіт. призначення та перетворювачі соняч. енергії. Вже отримано осн. ключові елементи для цих напрямів і реалізовано досить успішні комерц. проекти готових пристроїв, зокрема компаніями «Sony» та «Konark». Однак досить склад. завданням є збирання окремих молекуляр. елементів у функціонал. пристрій типу інтеграл. схеми, тобто поєднання мікро- та макрорівнів орг-ції молекуляр. електрон. пристроїв. Прогрес у цьому напрямі пов’язують з дизайном наночастинок різноманіт. структури, за допомогою яких можна реалізовувати збирання не тільки самих наночастинок, але з їхньою допомогою з’єд­нувати між собою окремі молекулярні пристрої. Унікал. і склад. характер проблеми перенесення у відкритій квант. системі, макроскопічні властивості якої залежать від мікроскопіч. молекуляр. властивостей, забезпечує перспективне майбутнє для фундам. дослідж. і можливого розроблення додатків для пристроїв.

Літ.: Molecular electronic devices. New York, 1982; F. L. Carter. Molecular level fabrication techniques and molecular elec­tronics devices // J. Vacuum Science and Technology. 1983. Vol. 1, № 4; Введение в молекулярную электронику. Москва, 1984; Симон Ж., Андре Ж. Ж. Молекуляр­ные полупроводники / Пер. с англ. Мос­ква, 1988; Organic conductors: funda­men­tals and applications. New York, 1994; Introduction to Molecular Electronics. Oxford, 1995; Molecular Electronics: Scien­ce and Technology. New York, 1998; R. E. Peierls. Quantum theory of solids. Oxford; New York, 2001.

Статтю оновлено: 2019