分子器件及通用分子器件模型（UDM）的理論研究.pdf

1、盡管在今后的十年內(nèi)，傳統(tǒng)硅電子學(xué)仍將是工業(yè)界的主導(dǎo)，但是全新的分子電子學(xué)有望超越當(dāng)今半導(dǎo)體技術(shù)在物理學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)上的阻礙而繼續(xù)沿著Moore定理向前指數(shù)發(fā)展。雖然如今大部分分子電子學(xué)的解決方案仍處于起步階段，但是它們?cè)诩啥?、低功耗?jì)算以及和其他生化功能的結(jié)合等方面有不可低估的潛力。關(guān)于分子電子學(xué)的研究已經(jīng)取得了不少令人振奮的成果。尤其在過(guò)去的幾年里，分子電子學(xué)步上了一個(gè)新的臺(tái)階，但是作為一個(gè)全新的前沿科學(xué)，除了對(duì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)提出了很高的要求

2、外，還亟需理論上的支撐。分子電子學(xué)研究的是分子水平上的電子學(xué)，其目標(biāo)是用單個(gè)分子、超分子或分子簇代替硅基半導(dǎo)體晶體管等固體電子學(xué)元件組裝邏輯電路，乃至組裝完整的分子計(jì)算機(jī)。它的一個(gè)研究方向包括各種分子電子器件的設(shè)計(jì)、合成、性能測(cè)試以及如何將它們組裝在一起以實(shí)現(xiàn)一定的邏輯功能電路等等。本文重點(diǎn)在于導(dǎo)電分子及分子電子器件的一些理論探索和研究。本文首先介紹了一些常見(jiàn)的導(dǎo)電分子，包括無(wú)機(jī)分子、有機(jī)分子和生物分子，并對(duì)它們的電氣特性進(jìn)行了比較，同

3、時(shí)還從理論上介紹了分子的導(dǎo)電機(jī)理；文章的第二部分重點(diǎn)介紹了幾種常用的分子電子器件及其工作原理；其中三端分子器件對(duì)于需要功率增益和信號(hào)還原的分子電路來(lái)說(shuō)是非常重要的，本文基于Matthew和Garrett等人提出的兩端分子器件的通用器件模型（UniversalDeviceModel，簡(jiǎn)記為UDM），創(chuàng)造性地提出了一種一般的三端分子器件的UDM，用于在納米尺度下的分子電路仿真和設(shè)計(jì)。同時(shí)，本文還給出了基于UDM的電路的理論設(shè)計(jì)流程，并通過(guò)電

4、路實(shí)例以從實(shí)際上說(shuō)明了UDM的作用。I-V特性的計(jì)算也是分子器件理論研究的一個(gè)難點(diǎn)之一。本文著重介紹了了一種基于Büttiker多端響應(yīng)公式的量子力學(xué)方法，并用于計(jì)算基于金屬電極－分子－金屬電極（Metal-Molecular-Metal,以下簡(jiǎn)記為：MMM）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分子電子器件的I-V特性。這為分子電子器件的研究提供了強(qiáng)有力的理論指導(dǎo)。本文對(duì)分子電子器件的設(shè)計(jì)以及組合分子電子器件的一些難點(diǎn)做出了充分的估計(jì)，并給出了大致的對(duì)策。最后總