Файл: Физические основы молекулярной электроники (Плотников), 2000, c.164.pdf

г.с. Плотников, В.Б. Зайцев

ФИЗИЧЕСКИЕ основы

МОЛЕКУЛЯРНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

Москва Физический факультет МГУ

2000

УДК 539.2:68] .3:547.1 (075.8) ББК 22.36:32.97

г.с. п л от н и к ов, В.Б. Зай Ц е в. Физические основы мо­ лекулярной электроники- М.: Физический факультет МГУ: 2000.-

164 с. ISBN 5-2] 1-04058-9

в учебном пособии рассмотрен широкий круг вопросов, каса­ ющихся механизмов передачи информации в молекулярных системах. Детально описаны принципы построения элементной базы устройств молекулярнойэлектроникии технологическиеприемы синтеза нанострук­ тур, используемыхв таких устройствах.

Для студентовстаршихкурсов, аспирантови научныхработников физических специальностей. Книга может заинтересовать химиков, биофизиков,биохимикови других специалистов,сталкивающихсяв своих исследованиях с проблемами физики молекулярных нанометрических систем, тонких пленок и межфазных границ.

Учебное издание

ПЛОТНИКОВ Геннадии Семенович

ЗАЙЦЕВ Владимир Борисович

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙЭЛЕКТРОНИКИ

ЛР 021293 от 18.06.98

Подписано в печать 3.11.2000. Формат 60х881 /16'

Бумага офсетная N2 1. Печать офсетная. Объем 10,25 п.л, Тираж 500 экз. Заказ 7342

Физический факультет МГУ 119899, Москва, Ленинские горы, МГУ им. М. В. Ломоносова

Отпечатано в Производственно-издательском комбинате ВИНИТИ 140010, Люберцы, Октябрьский пр-т, 403.

Тел. 554-21-86

е Физический факультет МГУ: 2000

Оглавление

ОГЛАВЛЕНИЕ

3

Физические основы молекJ!!1!!PНОЙ электроники

4.1. Возможности применения упорядоченных органических пленок при создании устройств молекулярной электроники ... 126

4

Предисловие

ПРЕДИСЛОВИЕ

Предлагаемое учебное пособие написано на основе курса лек­ ЦИЙ, прочитанных авторами на физическом факультете МГУ им. М. В. Ломоносова и в Ульяновском филиале МГУ данный курс включен также в число основных курсов, читаемых для студентов и аспирантов учебно­ научного центра "Химия и физика полимеров и тонких органических пленок", созданного в рамках программы "Интеграция" на базе физичес­ кого факультета и факультета ВМК МГ~ Института кристаллографии РАН, Института элементоорганических соединений РАН и ряда других научных и учебных организаций.

В книге рассмотрен широкий круг вопросов, касающихся меха­ низмов передачи и преобразования информации в молекулярных систе­ мах. Наряду с транспортом электронов рассмотрены имеющие большое значение в функционировании устройств молекулярной электроники бе­ зызлучательный перенос энергии, экситонные и солитонные процессы. Детально описана возможная элементная база устройств молекулярной

электроники и технологические приемы синтеза наноструктур, исполь­

зуемых в таких устройствах. Рассмотрены вопросы электроники молеку­

лярных систем на поверхности полупроводников, а также принципы по­

строения действующих и перспекгивных устройств молекулярной элект­

роники.

Книга предназначается для студентов старших курсов, аспиран­ тов и научных работников физических специальностей. Ряд разделов может заюпересовать химиков, биофизиков, биохимиков и других спе­ циалистов, сталкивающихся в своих исследованиях с проблемами физи­ ки молекулярных нанометрических систем, тонких пленок и межфазных

границ.

Авторы выражают глубокую благодарность профессорам ка­ феды общей физики и молекулярной электроники П. К. Кашкарову и В. Ф. Киселеву, взявшим на себя труд детально ознакомиться с этой кни­ гой и высказавшим ценные замечания, а также всем коллегам по кафед­ ре, участвовавшим в дискуссиях по обсуждающимся в книге вопросам,

Опубликование книги стало возможным благодаря финансовой поддержке, полученной по программам "Интеграция" и "Университеты России".

г. С. Плотников, В. Б. Зайцев

5

Физические основы молекулярной электроники

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

6

Е- энергия электрона, локализованного в данном узле

Е- диэлектрическая проницаемость среды

7

Физические основы молекулярной электроники

ВВЕДЕНИЕ

Будущее современной микроэлектроники связано с увели­

чением степени интеграции ее элементов, скорости и надежности

перера6отки информации. Уже сейчас планарная технология дош­ ла до субмикронного разрешения. Дальнейшие перспективы свя­

зываются с переходом на молекулярный уровень запоминания и переработки информации. Действительно, неуклонное возраста­ ние сложности и быстродействия планарных интегральных схем наоснове кремния не может продолжаться до бесконечности; вско­ ре на этом пути встанет барьер, обусловленный фундаментальны­ ми законами физики. Уже при производстве кристаллов для запо­ минающих устройств (ЗУ) емкостью 1 Мбайт (что соответствует плотности элементов l06cm-2 ) возникли значительные трудности. Технология доведена до того предельного уровня, при котором процент выходагодных устройств еще остается приемлемым. Этот уровень определяется подвижностью носителей в кремнии, дли­ ной диффузии, дефектами поверхности и слоя оксида и многими другими факторами.

Теоретически увеличить быстродействие устройств (при той же степени интеграции) примерно на порядок позволяет пе­

реход к использованию вместо кремния другого полупроводнико­

вого материала, например, арсенида галлия (GaAs), обладающего более высокой подвижностью носителей заряда. Однако с этим

материалом оказалось сложно работать, его собственное окисное

покрытие очень некачественное, что определяет ряд серьезных

технологических проблем при создании интегральных схем. По­ этому, хотя за последние 15 лет в исследование GaAs вложено бо­ лее 1 млрд. долларов, сверхбольшие интегральные схемы (СБИС)

на основе этого материала используются в основном в военной области. Здесь их дороговизна компенсируется низким энергопот­ реблением, быстродействием и высокой радиационной устойчи­ востью. Однако, и при разработке устройств на GaAs лимитирую­ щими будуг ограничения, обусловленные как фундаментальными

8