第七章分子电子学器件

第七章分子电子学器件第1页，课件共24页，创作于2023年2月★微电子学器件：真空电子管→晶体管→集成电路→特大规模集成电路(加工线宽国外：0.18－0.16－0.13m；国内：0.35m)★纳电子学器件：器件的加工线宽或组装尺寸范围在0.1-100nm★分子电子学器件：由具有电、磁、光、热、离子、机械和化学反应性能的分子和超分子组装排列而成的有序结构，是在分子或超分子层次上完成信息和能量的检测、转换、传输、存储与处理等功能的化学及物理系统。简单地说，分子器件就是在分子水平上具有特定功能的超微型器件第2页，课件共24页，创作于2023年2月★分子器件的研究目标:

采用有机和无机导电聚合物、生物聚合物、电荷转移盐、有机金属和其他分子材料，开创出用于信息和微电子学的新型元件。★分子器件的优点：①分子电子芯片的尺寸比目前的硅芯片小3个数量级；②一个同样体积的分子芯片具有比通常芯片高出几百万倍的计算能力；③计算机的设计概念也有较大的变化，分子大小的电子线路的排列密度会导致真正的数据库计算机存储器的发展第3页，课件共24页，创作于2023年2月

7.2分子导线种类信息的载流子金属电子无机非金属电子、空穴

分子

电子、空穴、孤子、自由基电子、极化子、双极化子第4页，课件共24页，创作于2023年2月★分子导线举例①共轭聚合物反式聚乙炔顺式聚乙炔聚对苯第5页，课件共24页，创作于2023年2月聚吡咯聚噻吩聚二乙炔聚硫氮化物

(SN)n第6页，课件共24页，创作于2023年2月②纳米尺寸的刚性线性分子导线

尺寸为3.06nm的分子导线第7页，课件共24页，创作于2023年2月

尺寸为5.28nm的分子导线第8页，课件共24页，创作于2023年2月尺寸为7.5nm的分子导线第9页，课件共24页，创作于2023年2月

③卟啉衍生物分子导线第10页，课件共24页，创作于2023年2月7.3分子光子导线硼-二吡咯亚甲基染料在一端提供光输入，三个锌卟啉的线性排列作为信号的输运单元,而原卟啉在另一端提供光输出第11页，课件共24页，创作于2023年2月7.4分子激光皮秒光开关

它含有两个三戊烷基单苯基卟啉(HP)，刚性地连接到N,N-双苯基-3，4，9，10－苝双(二酰亚胺)(PBDCI)上第12页，课件共24页，创作于2023年2月

PBDCI衍生物能可逆地被一个电子或两个电子还原，这就提供这样一种可能性，即从给体分子转移的快速光诱导电子可以选择性地以一个电子或两个电子还原PBDCI，由此而生成从713nm到546nm光致变色的吸收带，能作为光学分子开关的基础第13页，课件共24页，创作于2023年2月

PBDCI衍生物的光物理行为构成一个光强度依赖性的光开关。当光强度增加时，PBDCI衍生物从713nm处的强瞬态吸收体转变到546nm的吸收体。用这样的分子能在皮秒时限内调制两束不同颜色的光。而且PBDCI衍生物能作为具有两种不问激发波长的开关。激发PBDCI衍生物将第一个电子转移以生成PH+—PBDCI—HP。第二个电子的转移可以在585nm外加第二个光子来激发，生成PH+—PBDCI—HP+，也就是原则上由剩余的基态卟啉吸收，因此，这个分子能形成逻辑操作第14页，课件共24页，创作于2023年2月7.5分子整流器分子整流器的模型分子：由受体7，7，8，8—四氰基对亚甲基苯醌(TCNQ)和给体四硫富瓦烯(TTF)组成。3个亚甲基桥是为了保证分子的刚性和绝缘性第15页，课件共24页，创作于2023年2月★实例：单分子LB膜第16页，课件共24页，创作于2023年2月7.6化学和电化学可开关的分子来回运动装置第17页，课件共24页，创作于2023年2月第18页，课件共24页，创作于2023年2月

7.7分子存储器★一页书：100bit／cm2★磁带：105bit／cm2★半导体随机存取存储器（RAM）：107bit／cm2★正在研究中的体系（磁泡、磁盘、光盘、全息记录）:108～109bit／cm2★DNA:1014bit／cm2,1020bit／cm3★分子存储器通过双稳态或多稳态分子来实现,分子存储器的原理：1）分子内或分子间的氢转移；2）二聚化反应；3）顺式-反式异构；4）电荷转移；5）苯型-醌型转变第19页，课件共24页，创作于2023年2月第20页，课件共24页，创作于2023年2月

★实例：

500nm弱光

500nm强光烯醇（E）型顺式醌酮（QC）型

“0”

“1”

第21页，课件共24页，创作于2023年2月7.8分子计算机★分子计算机是以分子电路为基础的计算机；★分子电路是分子导线、分子开关、分子电子回路或网络的组合体第22页，课件共24页，创作于2023年2月★计算机的逻辑电路：

数字“1”代表开关处于“开通”态，“或”、“与”；数字“0”代表开关处于“关闭”态，“非”。输入计算机的信息均被编码为二进制数，仅用“1”和“0”表示，通过数千万个简单的开关（门）来处理数据。由二个晶体管组成的或非门电路如下所示：------------------－－－－－--

条件结果

ABC0010