纳米分子电子器件的研究

纳米分子电子器件是未来电子器件发展的重要方向。对几种典型的纳米分子电子器件,如纳米分子开关、纳米分子整流器、纳米分子晶体管、纳米分子电磁器件和纳米分子电光器件的工作原理、应用前景等方面进行了介绍,同时分析了各自的优势与问题所在。这一领域所遇到的主要挑战问题在于器件的可靠性与生产的高成本。目前纳米分子电子器件的发展趋势和研究重点是通过对器件原理的深入研究以及制备方法的不断探索,找到提高器件可靠性的方法以及解决降低成本和适应市场化的问题。     

DNA分子操纵与分子电子学

简要介绍了DNA分子研究的进展,包括DNA分子的导电性、DNA分子器件、DNA分子与外界的连接、DNA分子操纵技术及DNA分子和纳米碳管的比较,并展望了DNA分子电子学及相关领域的发展趋势。     

分子电子学简介

分子电子学是微电子学发展的一个方向.文中介绍了分子电子学的发展过程、研究内容、近期的一些主要进展、存在的问题和今后的发展趋势.     

分子电子学简介

分子电子学是微电子学发展的一个方向.文中介绍了分子电子学的发展过程、研究内容、近期的一些主要进展、存在的问题和今后的发展趋势.     

分子电子学的研究目标和途径

本文阐明了继真空器件和半导体器件之后,分子电子器件作为第三代器件将呈现于信息科学之中。这不仅是器件发展趋势所致,也是基于进化求解原理的新一代计算系统发展的需要。文中提出了用分子电子器件构成的关联存贮器和网络模型;并讨论了近期的研究目标与途径。     

21世纪的新技术——生物分子电子技术

简要介绍生物分子电子技术的发展状况；阐述生物芯片、生物分子器件和分子电脑的特点及其应用前景。     

钴酞菁分子结中电子输运性质的理论研究

利用半经验Extended Hueckel分子轨道方法和格林函数方法来研究钴酞菁(CoPc)分子结的电子输运性质。计算结果表明分子结(器件)电子输运性质对分子本身的电子结构、电极不同晶向表面、分子与电极间耦合强度、其界面的几何构型，对电极表面接触分子的末端原子的种类等诸多方面都有不同程度的依赖关系。对于CoPc这类弱耦合分子结而言，可以通过测量其I-V曲线来研究分子本身的电子结构。本文的理论方法不仅可以用来描述分子器件的电子输运行为，还能用来研究扫描探针显微镜体系的伏安特性和扫描隧道谱。     

基于聚亚苯基分子器件的二进制减法器

为了在分子电路水平实现减法运算,按照固态电子学组合逻辑原理,提出了一种基于聚亚苯基分子器件的二进制减法器(包括半减器和全减器)逻辑电路的设计。这种单分子电路是用聚亚苯基分子逻辑门的分子结构代替组合逻辑中非门、与门和XOR门,再用Tour分子线作为框架,同时考虑有机分子的形状和连接产生的几何和空间排列的约束条件,用Hartree-Fock(HF)从头算方法优化得到,其结构尺寸是传统固态电子电路的百万分之一。这种分子减法器电路的实现对分子电子学发展有重要的意义。     

基于纳米尺寸的分子电子信息存储研究

以有机分子为基础的"纳米存储"是一种新型的数据存储系统,具有替代目前广泛应用的半导体存储器件的趋势。目前,有两种"分子"被潜在地应用于"纳米存储",一种是分子电子器件,包括分子导线、分子整流器、分子开关以及分子晶体管;另外一种应用了纳米结构的材料,如纳米管、纳米导线以及纳米粒子等。本文以分子电子器件的制备和构筑单元的设计为视角,根据分子结构、装置类型、终端电极的数目以及分子介质的状态对分子电子器件进行了分类,同时也对分子结的制备、特征、电荷转移机制以及三终端分子器件、树状化合物分子尺寸纳米电荷存储的发展进行了探讨,并对纳米信息存储存在的问题及发展方向进行了展望。     

Towards Integrated Molecular Electronic Devices: Characterization of Molecular Layer Integrity During Fabrication Processes

Reproducible carbon/molecule/Cu molecular junctions are made with high yield using diazonium reduction of aromatic molecules on carbon with direct evaporation of Cu as a top contact. This report investigates the stability of these devices in response to fabrication steps. Raman spectroscopy through a transparent support shows that direct deposition of Au or Cu causes little change in molecular layer structure, while Ti and Pt deposition cause significant damage to the molecules. AFM, Raman, and XPS examination of Au, Cu, and Ti devices after removal of deposited metal confirm that Cu and Au have minimal effects on molecular structure. However, the molecular layer is rougher after Au deposition, probably due to partial penetration of Au atoms into the molecular layer. Completed carbon/molecule/Cu devices can be heated to 250 °C without significant changes in electronic behaviour while nitroazobenzene molecular layers on carbon were unaffected by photolithography or by 5 min at 400 °C in vacuum. Completed devices could be sealed with parylene‐N, stabilizing them to aqueous etching solution. The stability of carbon/molecule/Cu junctions is due, in part, to the strong carbon–carbon bonding and aggressive nature of diazonium surface modification. The results significantly expand the range of processing variables compatible with molecular electronic junctions.     

The Drive Force of Electrical Breakdown of Large‐Area Molecular Tunnel Junctions

The origin of electrical breakdown of molecular tunnel junctions is systematically studied by determination of the breakdown voltages as a function of six types of bottom‐electrodes (Au, Ag, Pt, Pd, Ni, and Cu) and different thickness of self‐assembled monolayers of n‐alkanethiolates, S(CH₂)_n–1CH₃ with n = 2, 4, …, 18, with GaO_x/EGaIn top contacts. It is found that at positive bias, the migration of metallic atoms is dominated by the wind force, but, at negative bias, both the wind force and direct force are involved in the mechanism of filament formation. Remarkably, the breakdown voltage is independent of the molecular length for short molecules (n < 10), and the breakdown field could be improved by a factor of ≈2 from 0.80 to 1.5 GV m^?1 by replacing the Ag with Pt (or Ni) bottom electrodes. These findings give insights into the design of stable molecular junctions.     

Redox‐Induced Asymmetric Electrical Characteristics of Ferrocene‐Alkanethiolate Molecular Devices on Rigid and Flexible Substrates

The electrical properties of ferrocene‐alkanethiolate self‐assembled monolayers (SAMs) on a high yield solid‐state device structure are investigated. The devices are fabricated using a conductive polymer interlayer between the top electrode and the SAM on both silicon‐based rigid substrates and plastic‐based flexible substrates. Asymmetric electrical transport characteristics that originate from the ferrocene moieties are observed. In particular, a distinctive temperature dependence of the current (i.e., a decrease in current density as temperature increases) at a large reverse bias, which is associated with the redox reaction of ferrocene groups in the molecular junction, is found. It is further demonstrated that the molecular devices can function on flexible substrates under various mechanical stress configurations with consistent electrical characteristics. This study enhances the understanding of asymmetric molecules and may lead to the development of functional molecular electronic devices on both rigid and flexible substrates.     

温度梯度对GaN热压电pn结电学性能的影响

热感应产生的极化电势可以改变压电半导体结构内的力电物理量,这在人工智能、微机电系统(MEMS)中极具应用价值.文章针对温度梯度作用下的氮化镓(GaN)压电pn结,采用二维压电半导体多场耦合方程和精确的热电物理边界条件,数值分析了温度梯度改变对GaN热压电pn结内极化强度、电势、电场、载流子分布及电流等物理场的影响.结果表明:由于温度梯度场和极化电荷之间存在耦合,热压电pn结电学性能对温度梯度高度敏感,由温度改变产生的热感应极化电荷可以有效调节该结构的开启电压和载流子传输特性,这为操控与温度相关的智能异质结器件电流传输提供了新的方法和理论指导.     

集成化单电子器件研究进展

传统MOSFET结构正以较快的发展速度接近其物理极限,而单电子器件将成为新型的高性能集成化器件结构。本文采用量子点及其库伦阻塞效应等概念对单电子器件的工作原理进行了系统分析,并介绍了单电子器件在存储器和高灵敏度静电计方面的应用,最后指出了单电子器件的新发展方向及所面临的问题。     

基于电热耦合模型的功率器件结温预测

结温预测对于功率器件的可靠性分析具有重要意义,基于此,提出了一种基于电热耦合模型的功率器件结温预测方法。首先通过Twin Builder软件建立了绝缘栅双极晶体管(IGBT)的行为模型,通过电路仿真的手段获取IGBT的平均功耗为324 W;然后将IGBT的功耗代入有限元仿真模型中得到了IGBT模块温度场分布,最高温度为99.58℃;最后搭建了IGBT模块结温测试平台,将仿真结果与实验数据进行对比,验证温度场计算模型的有效性;并实验对比了IGBT功耗分别为119 W和294 W下的最高结温,得到的温度场计算误差在10%以内,验证了IGBT有限元模型的有效性。