第七章分子电子学器件要点分析.ppt

第七章 分子电子学器件 7.1 引 言 ★器件尺寸或加工组装尺寸： cm→mm→?m－-－→nm－-－→分子级 微电子学 纳电子学 分子电子学 ★微电子学器件：真空电子管→晶体管→集成电路→特大规模集成电路(加工线宽国外：0.18－0.16－0.13?m ；国内：0.35?m) ★纳电子学器件：器件的加工线宽或组装尺寸范围在0.1-100nm ★分子电子学器件：由具有电、磁、光、热、离子、机械和化学反应性能的分子和超分子组装排列而成的有序结构，是在分子或超分子层次上完成信息和能量的检测、转换、传输、存储与处理等功能的化学及物理系统。简单地说，分子器件就是在分子水平上具有特定功能的超微型器件 ★分子器件的研究目标: 采用有机和无机导电聚合物、生物聚合物、电荷转移盐、有机金属和其他分子材料，开创出用于信息和微电子学的新型元件。 ★分子器件的优点： ①分子电子芯片的尺寸比目前的硅芯片小3个数量级； ②一个同样体积的分子芯片具有比通常芯片高出几百万倍的计算能力； ③计算机的设计概念也有较大的变化，分子大小的电子线路的排列密度会导致真正的数据库计算机存储器的发展 7.2 分子导线 种类 信息的载流子 金属 电子 无机非金属 电子、空穴 分子 电子、空穴、孤子、 自由基电子、极化子、双极化子 ★分子导线举例 ①共轭聚合物 反式聚乙炔 顺式聚乙炔 聚对苯 聚吡咯 聚噻吩 聚二乙炔 聚硫氮化物 (SN)n ②纳米尺寸的刚性线性分子导线 尺寸为3.06nm的分子导线 尺寸为5.28nm的分子导线 尺寸为7.5nm的分子导线 ③卟啉衍生物分子导线 7.3 分子光子导线 硼-二吡咯亚甲基染料在一端提供光输入， 三个锌卟啉的线性排列作为信号的输运单 元,而原卟啉在另一端提供光输出 7.4 分子激光皮秒光开关 它含有两个三戊烷基单苯基卟啉(HP)，刚性地连接到N,N-双苯基-3，4，9，10－苝双(二酰亚胺)(PBDCI)上 PBDCI衍生物能可逆地被一个电子或两个电子还原，这就提供这样一种可能性，即从给体分子转移的快速光诱导电子可以选择性地以一个电子或两个电子还原PBDCI，由此而生成从713nm到546nm光致变色的吸收带，能作为光学分子开关的基础 PBDCI衍生物的光物理行为构成一个光强度依赖性的光开关。当光强度增加时，PBDCI衍生物从713nm处的强瞬态吸收体转变到546nm的吸收体。用这样的分子能在皮秒时限内调制两束不同颜色的光。而且PBDCI衍生物能作为具有两种不问激发波长的开关。激发PBDCI衍生物将第一个电子转移以生成PH+—PBDCI—HP。第二个电子的转移可以在585nm外加第二个光子来激发，生成PH+—PBDCI—HP+，也就是原则上由剩余的基态卟啉吸收，因此，这个分子能形成逻辑操作 7.5 分子整流器 分子整流器的模型分子： 由受体7，7，8，8—四氰基对亚甲基苯醌(TCNQ)和给体四硫富瓦烯(TTF)组成。3个亚甲基桥是为了保证分子的刚性和绝缘性 ★实例： 单分子LB膜 7.6 化学和电化学可开关的分子来回运动装置 7.7 分子存储器 ★一页书：100bit／cm2 ★磁带：105bit／cm2 ★半导体随机存取存储器（RAM）：107bit／cm2 ★正在研究中的体系（磁泡、磁盘、光盘、全息记录）: 108～109bit／cm2 ★ DNA: 1014bit／cm2, 1020bit／cm3 ★分子存储器通过双稳态或多稳态分子来实现,分子存储器的原理：1）分子内或分子间的氢转移；2）二聚化反应；3）顺式-反式异构；4）电荷转移；5）苯型-醌型转变 ★实例： 500nm弱光 500nm强光 烯醇（E）型 顺式醌酮（QC）型 “0” “1” 7.8 分子计算机 ★分子计算机是以分子电路为基础的计算机； ★分子电路是分子导线、分子开关、分子电子回路或网络的组合体 ★计算机的逻辑电路： 数字“1”代