Molekuláris elektronika Hajdu Ferenc Elektronikai Technológia Tanszék 2003

A vörös téglafal mellett vezető út Számos kutatócsoport foglalkozik a szilícium-alapú elektronika alternatíváját jelentő molekuláris elektronika kutatásával. Az egyik ilyen összefogás a Moletronics nevet kapta. Szervezője a DARPA, melynek az Internetet is köszönhetjük.

Molekuláris elektronika alapvető tulajdonságai A jelenlegi, Si-alapú elektronika méreteinél mintegy 6 nagyságrenddel kisebb területen lennének megvalósíthatók az áramkörök Ha lassabbak is lennének, párhuzamos működtetéssel a terület még mindig kisebb lenne. Előállítása olcsóbb lehet (kissé korai kijelentés) Egyszerűbb újrahasznosítás (?)

Tour-féle vezeték A hagyományos, áram alapú logikákkal analóg rendszerek vezetékei Polifenilén Polifenilén alapú molekula acetilén távtartókkal

H H H H CCCC H H Elektronszerkezet CCCCCCCC C C C C CCCCCCCC C C C C pzpz π π

Csatlakozás fémhez A,,hagyományos” elektronikához kapcsolódás egyelőre jogos elvárásnak látszik… Tiolcsoporton keresztül a lánc jól kapcsolódhat arany felülethez A kötést 10 Au atomos klaszter és tiofén között vizsgálták. Ohmos kontaktus, de a vezetőképesség nagy mértékű romlását eredményezi.

Ellenállás (szigetelő) A Tour-féle vezetékbe metilén csoportokat építve a lánc adott szakaszán az ellenállás megnő C H H C H H C H H

Egyenirányító dióda I A forrásul használt cikk dióda logikára épít, erősítőelemet (tranzisztor) nem használ. Metzger et al: Előállítható egyenirányító eszköz Langmuir-Blodgett technikával amfifil molekulákból. CN NC C 16 H 33 N

Egyenirányító dióda II Az előbb látott szerkezet a Tour-vezetékkel nem építhető össze. Ehelyett: pn-átmenet donor és akceptor molekula adalékolással. X Y R D A

Egyenirányító dióda III R: potenciálgátként szolgáló csoport, leginkább metilén, esetleg dimetilén. X: elektrondonor: -NH 2, -OH, -CH 3, CH 2 CH 3 Y: akceptor: -NO2, -CN, CHO, -COR’ Az ábrán látható molekulát tiolcsoportok kötik az aranyfelületekhez, ez szintén potenciálgát.

Rezonáns alagút-dióda C H H C H H A potenciálgödör szélessége 0,5 nm körüli Jelölése:

Logikai kapuk Tranzisztor (erősítőelem) itt nincsen: csak dióda- dióda logika építhető. Kizáró Vagy művelettel teljes. A B C V-V- Vagy-kapu A B C V+V+ És-kapu A B C V-V- Kizáró vagy-kapu

Tranzisztorok I Vezető polimer FET megvalósítható. SiO 2 helyett,,cyanoethilpulluan” Gate szigetelő használata a mobilitást is elfogadhatóvá teszi. (3 cm 2 /VS) Nyomtatási technikával már állítottak elő polimer FET-et: Garnier et al.

Tranzisztorok II A korábban látott, valóban molekuláris elektronikához jobban illeszkedő struktúra: Carter-féle kapcsoló, trans-poliacetilén alapú molekula A számítások szerint ebben a formában a kapcsoló nem működhet, de a D (A) csoport és a lánc közötti távtartókkal igen.

Tranzisztorok III A vázolt molekulára ható elektrosztatikus tér erősségével (Gate-feszültség) a vezetőképesség modulálható - a szimuláció szerint N(CH 3 ) 2 NO 2

Térbeli szerkezet A molekuláris elektronika építőköveinek térbeli szerkezete megváltozik működés közben is. Ez lehet probléma, de ki is használható. Molekuláris elektromechanikai kapcsoló. Oxidáló potenciállal a kapcsoló zárható. (A gyűrű alakú molekula képes elfordulni)

A molekuláris elektronika további lehetséges útjai

Szén nanocső Elektromos áram vezetésére szintén alkalmas A fullerének Buckminster Fuller építészprofesszorról kapták nevüket. A C 60 -C 70 pontosan beállított nyomású He atmoszférában égő ívben spontán jön létre grafit elektródok használata esetén - az előállítás tehát problémákat okozhat. Reakcióképessége csekély.

Kvantum pont (dot), QD logika Cellákból álló elrendezés. Egy cellán belül a töltés kvantum dotokban helyezkedhet el. Ezek között alagúteffektussal lehetséges töltésátlépés. A cellák között nincs töltésáramlás. Pl. Inverter:

Bioelektronika, fehérje alapú elektronika Enzimműködésen alapuló logikák Konformációs változások tűnnek kihasználhatóknak. Szintén a jelenlegi elektronika alternatíváját jelenthetik...