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 організації 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.
Рекомендована література
- 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.
Завантажити статтю
