Chapter08_47770804

Chapter08_47770804 - 1 2 1 3 MME HMEHME 4 2

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1 1 第八章 分子电子学 2 分子电子学 分子电子学研究的是分子水平的电子 学,其目标是用单分子、高分子(聚合物) 实现信息的存储、处理和传输。 { 尺寸小,集成度高 { 自组装工艺简单,成本低 { 功耗低 { 有柔韧性
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2 3 目前,对分子电子学有二种不同的理解。 其一:是指由有机分子无序排列的薄膜 构成电子功能器件与系统,像薄膜晶体 管,有机显示器件及柔性电子学等,可称 有机电子学 4 其二:是本章要重点介绍的,基于单个 分子的电子行为构成电子信息处理器件和 系统的电子学。如单个分子(或少量相同 的分子)以无机的电极接触引出信号,然 后相互连接,则称为 单体分子电子学 MME );继而要做到通过不同性能的分 分子实现直接互连,称为 复合分子电 子学 HME )。当前的主要发展是 HME
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3 5 第一节 有机功能分子 分子电子学的概念最早由 Aviram Ratner 提出。 他们发现,有的单个有机分子与相应的 金属电极接触后,一边的分子团呈电子施 主态,另一边分子团则呈电子受主性,其 间有一不导电的分子团作为间隔( Spacer 把它们连接起来,形成一个类如 PN 结的电 子整流器。 6 分子的尺寸一般为亚纳米级,分子间电 子转移的能量量级为 ~1eV=1.6 × 10 -19 焦尔, 转移时间为 1ps 量级,前者突破了传统室温 CMOS 极限。 分子电子器件可在室温工作,分子结构 的鲁棒性很强,相同分子之间的尺寸均一、 性能一致,不会出现以传统的、自上而下 Top-down )工艺制作的集成微小尺寸器 件的性能易分散性,因而具有特大规模集 成的潜力。
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4 7 有机分子和大分子中的电传导主要由各 组成原子间的电子键合所决定: 如大 π 键连接贯穿整个分子链,则该分 子为良导体; σ 键,或在分子链中有相互垂 直的 π 键,或其它不导电的分子团,则该分 子为绝缘的或半导体。 8 ( ) (polyene) ,聚苯 (polybenzene) ,聚次苯 基乙炔 (polyphenylenthynulene) 等为导体;而烷属烃 (alkanes) (因具有一个金刚石匣断开了二边由 π 键连 接的分子团),以及四甲(烷)基代联二苯 (tetra methyl substituted biphenyl) 均为绝缘体。 更为重要的是, 许多大分子本能地具有一些特 定器件所需要的电子结构,从而可直接用来制作具 有不同功能的电子器件
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5 9 对分子器件研究的最终目的是要组成分子电路, 进而构成分子计算机。而分子计算机中的分子,一般 需要分别具备三种功能: 1. 分子开关, 2. 存储器, 3. 整流器。其中前两种需要利用分子的电双稳态特性,
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This note was uploaded on 03/28/2011 for the course EE 40260112 taught by Professor Tianlingren during the Fall '10 term at Tsinghua University.

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