Цель этой статьи – исследовать подходы проектирования молекулярной электроники на уровне, выше уровня устройства. Преднамеренно, мы, главным образом, обращаем внимание на класс электронных нанорешений поддающихся самоорганизации, что на данный момент является главным ограничением двухтерминальных устройств1. Вопросы, к которым мы обращаемся, включают следующие. Как молекулярная вычислительная технология рассматривается со стороны схемы и технологической перспективы? Как моделируются и рассматриваются устройства при абстракциях схемного уровня? Как цифровые логические схемы могут быть построены из доступных устройств? Что такое логическая архитектура, которая является потенцииально полезной, показывая природу, лежащую в основнове технологии? Цель этой статьи – обратиться к этим вопросам в приведенной последовательности.
II. Нанопроизводство
Различия между молекулярной электроникой и традиционной КМОП заключается в том, как схемы будут изготовливаться. Типичные молекулярные переключатели обычно размером всего 2 нм. Они синтезируются в пробирке скорее как присадки различного использования или эпитаксии на твердотельных материалах. Поэтому изготовление интегральных схем (ИС) при помощи молекулярных электронных устройств требует совсем другого подхода, чем изготовление обычных ИС.
Самые интересные предложения, по крайней мере, в долгосрочном периоде, нацелены на сборку схем, используя технологию от дна к вершине («технологию вверх дном» или «восходящую технологию»), противоположную сегодняшним «нисходящим» подходам. «Восходящее» производство – иерархический подход, который сначала создает индивидуальные компоненты и затем собирает их вместе в какие-либо большие структуры. У этого подхода есть потенциальное преимущество в сокращении требуемой производственной точности и, таким образом, уменьшении стоимости создания чипов (едениц). Кроме того это может быть единственный метод, способный проводить измерения как числа компонентов, собранных вместе, так и размеров индивидуальных элементов. Метод имеет и свой недостаток – в отличие от фотолитографии, он не в состоянии создать компоненты и их соединения одновременно. Кроме того чрезвычайно сложные и высокоуправляемые образцы, которые позволяет создовать фотолитография, вероятно будут невозможны при наноэлектронных методах изготовления.
Первый шаг в «восходящем» производстве – создание устройства и соединений (проводники). В этой области произошло значительное продвижение. Исследователи создали множество интересных молекулярных устройств, включая диоды туннельного усиления (туннельные диоды) (ДТУ, ТД) [4], [5], программируемые молекулярные переключатели [6], углеродные нанотрубочные транзисторы, [7] и диоды [8], причем здесь представлены далеко не все элементы. Были также изготовлены проводники, имеющие диаметры порядка нескольких нанометров: однокристальные нанопроводники [9] – [12] и углеродные нанотрубочные проводники [13] является лиш несколькими из многих соединений, которые были созданы. Некоторые нанопроводники могут использоваться не только как простые проводники, они могут также использоваться как активные элементы [7], [14], [15].
«Восходящие» масштабируемые устройства интеграции включают: пленки Лангмура-Блондетта, выравнивание, поточное наноотпечатывание, случайную организацию, организацию при помощи биологических процессов, самоорганизованные монослои, и катализированный рост. Общее свойство
1Заметте, что есть также некоторые органические электронные устройства с размерами, большими, чем нанометровый диапазон. Такие большие устройства, пока полезные в специальных приложениях низкой стоймости, автоматически приводят к низким уровням интеграции и далее не рассмотрены в этой статье.
Рис. 1. Различные сценарии, использующие поточную сборку.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.