Оптимального управления 18 страница

Также несложно сконструировать оптический или оптико- электронный нейрон. В качестве примера на рис. 4.23 приведена возможная схема оптического нейрона.

Входные сигналы подаются на блок дефлекторов. Он пред­ставляет собой линейку кристаллов, на каждый из которых пода­ется напряжение U_j, в зависимости от которого луч в кристалле отклоняется на некоторый угол в плоскости, перпендикулярной рисунку. Далее лучи проходят через блок полупрозрачных зеркал, который является мультиплексором. Линза JI собирает световой поток с мультиплексора в один луч некоторой интенсивности и подает его на демультиплексор. Сигналы с демультиплексора

Рис. 4.23. Структура оптического нейрона

подаются на блок дефлекторов, управляемый напряжениями V_i, причем напряжения ^принимают значения либо 0, либо 1. Далее каждый луч, отклоненный на тот или иной угол засве­чивает либо не засвечивает входы оптоволоконной линии свя­зи, соединяющей его с другим нейроном. В процессе обучения такого нейрона меняют напряжения U_j и V₁ (U₁- весовые коэффициенты,V₁ коэффициенты коммутации).

Однако использование подобных нейронов в настоящее вре­мя проблематично, так как, во-первых, не решена проблема создания чисто оптической памяти для баз данных и знаний. Во- вторых, оптическая реализация машины нечеткого вывода не обладает необходимой гибкостью и перестраиваемостью, а оптико-элекгронная нейронная сеть более сложная, менее на­дежная и менее универсатьная, чем ее программная реализация на микропроцессоре. Поэтому в настоящее время в качестве ма­шины нечеткого вывода и базы знаний и данных целесообразно использовать микропроцессоры. Последнее делает неактуальным использование оптико-электронных схемных реализаций как нейронов, так и дефазификаторов.

Поэтому наиболее актуально использование оптических и оптико-электронных элементов (BOJ1C, ОЭЛС, ВОИК и ОЭИК) для входных, выходных и межблоковых информационных кана­лов нейроподобных управляющих систем и комплексов. Особен­но привлекательно использование оптики и оптоэлектроники во входных каналах НС, так как они позволяют вводить в HC информационные сигналы практически любой физической при­роды (электрические, магнитные, акустические и др.) с высо­ким быстродействием, точностью и помехозащищенностью.

4.3. Нанокомпьютеры

В настоящее время актуальность создания молекулярных или нанокомпьютеров очевидна и уже не обсуждается. Преимуще­ства молекулярных компьютеров состоят в чрезвычайно малых размерах и в мизерном количестве потребляемой энергии. В от­личие от обычных компьютеров, в молекулярных вместо крем­ниевых транзисторов используются молекулы.

В большинстве развитых стран мира исследования в этой об­ласти проводятся достаточно давно и имеются некоторые ус­пехи в создании отдельных компонентов подобных компьютеров.

Перспектива использования молекулярных материалов, в том числе и одиночных молекул как активных элементов электро­ники, уже давно привлекает исследователей. Еще в начале 1960-х годов Ричард Фейнман призвал осваивать атомарный и молеку­лярный уровень при создании электронных устройств нового поколения. Вслед за этим, в конце 1970-х Картер [49] разрабо­тал концепцию создания молекулярных электронных устройств. Он предложил использовать органические молекулы как базо­вые элементы при конструировании логических схем компью­теров, работающих на принципах фон Неймана, тем самым за­ложив основы молекулярной электроники.

В обзорных публикациях [50, 51] отражены усилия, пред­принятые по созданию молекулярных устройств на принципах, заложенных в основном Картером. В этих работах объективно и детально освещены важнейшие этапы в развитии молекуляр­ной электроники, вскрыты проблемы, стоящие на пути ее раз­вития. За последние десятилетие предприняты серьезные усилия по созданию молекулярных электронных устройств. Получены и исследованы чрезвычайно интересные молекулярные систе­мы, обладающие определенными функциональными свойства­ми. Развиты технологии самосборки молекулярных систем и ме­тоды их исследования.

Пока нельзя однозначно сказать, когда будет создан реаль­ный, работающий нанокомпьютер, так как это зависит, прежде всего, от темпов развития нанотехнологии. Однако скорое при­шествие принципиально новых субмикронных компьютеров не­избежно. Физические пределы миниатюризации кремниевых чи­пов практически достигнуты — по оценкам специалистов, пресловутый "силиконовый дедлайн" наступит в 2020-2021 годах.

Активный поиск альтернатив кремниевым технологиям се­годня идет во многих исследовательских лабораториях. По всей видимости, уже в первой половине следующего десятилетия должны появиться так называемые гибридные чипы, сочетаю­щие в своей структуре как традиционные кремниевые элемен­ты, так и новые материалы (вполне возможно, что ими станут платиново-кислотные триггеры фирмы HP). А уже к началу 2020-х может наступить долгожданная несиликоновая эра.

James D. Plummer, профессор Stanford Univ, специалист в области электротехники, считает, что нанотехнология имеет для разных специалистов разные задачи и цели. В самом широ­ком смысле этот термин означает, что нанотехнология имеет дело с наноструктурами с физическими размерами менее 100 нм. Минимальные размеры современных интегральных схем (ИС) составляют ~0,35мкм. Вертикальные размеры в современных ИС уже достигли 5 — 10 нм (например, толщина подзатворного ди­электрика в МОП-транзисторах). Поэтому можно сказать, что если определяющим признаком нанотехнологии является толь­ко размер, то уже сегодня мы видим возможность практическо­го создания нанокомпьютеров.

Однако многие специалисты считают, что нанотехнология — это разработка всякого рода наноустройств, наномеханизмов, медицинских наноприборов типа лаборатория-на-кристалле, наноаппаратов, циркулирующих по кровеносным артериям, очищая их от жировых бляшек, и молекулярных компьютеров с принципиально новой архитектурой параллельных вычисле­ний. Для реализации таких устройств может понадобиться еще не менее 25 лет.

Nadrian С. Seeman из New York Univ, как химик, усматривает при всем очень широком значении термина "нанотехнология" следующее ключевое направление работ в этой области — фор­мирование нанообъектов и наноприборов на основе молекуляр­ных комплексов из химических компонентов с управляемыми структурными и химическими свойствами. Все цели нанотехно- логии уже реализованы природой в биосистемах, и в большин­стве попыток создания искусственных нанообъектов можно ус­мотреть стремление подражать живым системам. Нанотехнологи используют либо структурные принципы живых систем приме­нительно к разным соединениям, либо сами биосистемы для раз­ных целей. Например, в лаборатории New York Univ, где работает Nadrian С. Seeman, применяют аналоги разветвленных ДНК мо­лекул для формирования многогранников (куба и усеченного ок­таэдра), ребра которых состоят из ДНК с двойными спиралями. Разветвленные молекулы в многогранниках "держатся друг за друга" благодаря тем же водородным связям с "липучками на концах", которые используются клеткой при прямом копирова­нии генетического кода.

Clifford P. Kubiak и Jason I. Henderson из Purdue Univ убеж­дены, что говорить о практической пользе нанотехнологии безотносительно направлений в этой области — занятие пус­тое. Одни специалисты разрабатывают механические устрой­ства в нанометровом масштабе, другие разрабатывают И С с манометровыми топологическими размерами, третьи колду­ют над химическими самосборками как средством для строи­тельства функциональных устройств. Однако все эти исследо­ватели имеют общую цель — создание наноприборов. Здесь определились два принципа: "сверху — вниз" и "снизу — вверх". Принцип "сверху — вниз" — это миниатюризация традицион­ных микроэлектронных схем и микроэлектромеханических устройств до размеров 100 нм — 1 нм с помощью:

· усовершенствованных методов и процессов, используе­мых в полупроводниковой технологии;

· новых нетрадиционных процессов;

· новых материалов и новых физических эффектов.

Принцип "снизу — вверх" — это создание наноприборов и наноустройств, собранных из молекул или атомов.

Основной недостаток первого принципа состоит в том, что стоимость новых производственных линий, гарантирующих суб- IOhm разрешение, становится препятствующим фактором. Глав­ным недостатком второго принципа является высокая пробле­матичность создания желаемых компонентов на основе управляемых ансамблей из атомов, молекул и строительных бло­ков и отсутствие промышленных методов для серийного произ­водства наноприборов. Возможно, баланс между этими двумя принципами приведет к положительному результату.

К настоящему времени имеются следующие основные дос­тижении в области создании элементной базы нанокомпьютеров.

Ученые из Калифорнийского университета в Лос-Анджеле­се, работающие в составе группы Hewlett-Packard, недавно зая­вили о создании молекулярных переключателей, которые спо­собны функционировать как элементы памяти.

В лаборатории квантовых исследований (Quantum Science Research, QSR) компании Hewlett-Packard (HP) разработана новая технология производства наноэлектронных устройств. Они, по утверждению авторов, в недалеком будущем могут прийти на смену современным кремниевым чипам.

Новые наноустройства, названные их разработчиком, веду­щим сотрудником QSR Филом Кьюкесом, crossbar latches ("по­перечные триггеры" или "задвижки-перемычки"), уже сегодня могут использоваться для вычислительных операций в микропро­цессорах, то есть выполнять функции традиционных кремниевых транзисторов. Важнейшее же их отличие от последних — размер: величина узлов-спаек в "перемычках" составляет всего 2—3 нм, тогда как у лучших кремниевых аналогов она не меньше 60 нм.

"Поперечные триггеры" представляют собой решетку из мик­роскопических платиновых проволочек, соединенных друг с дру­гом в местах пересечения при помощи молекулярного слоя обыч­ных углеводородных кислот. Подобно стандартному транзистору, новая наноструктура способна двояким образом реагировать на электрический сигнал, проходящий через узловые точки.

Вот что сказал один из ведущих британских экспертов в сфере нанотехнологии профессор Ноттингемского университета Фи­лип Мориарт: "Предложенная HP схема — самая перспектив­ная из имеющихся к настоящему времени разработок в молеку­лярной электронике. Если американские технологи смогут най­ти эффективные методы ее комбинирования с диодами или резисторами, итоговый продукт может стать базовой составля­ющей универсальных компьютеров будущего".

Две другие важнейшие задачи, которые еще предстоит ре­шить исследователям из QSR, — резкое увеличение среднего сро­ка службы новых устройств (пока "задвижек-перемычек" хватает только на несколько сотен компьютерных циклов) и увеличение их тактовой частоты (по скорости вюпочения-выключения пла- тиново-кислотные триггеры проигрывают силиконовым собрать­ям в несколько тысяч раз).

По словам директора QSR Стэна Уильямса, компания пла­нирует коммерциализировать новую технологию к 2012 году.

Ранее та же группа исследователей из фирмы Hewlett-Packard смогла заставить молекулы ротаксана переходить из одного со­стояния в другое. Таким образом, можно было реализовать по­стоянное запоминающее устройство, вроде CD-ROM диска.

Теперь ученым удалось создать молекулярные логические ключи с возможностью свободного переключения между состо­яниями. Это уже аналог перезаписываемой памяти, к примеру, жесткого диска компьютера. В основе ключевых элементов лежит катенан — вид молекулярной структуры. Управление ключами возможно при комнатной температуре, тогда как для контроля процессов на уровне молекул обычно требуется низкая темпе­ратура, уменьшающая тепловые шумы.

В 2002 году фирма Hewlett-Packard (США) представила ла­бораторный образец 64-битового ЗУ площадью 1 мкм², в кото­ром в качестве активных элементов выступают молекулярные ключи [52]. Структура ЗУ подобна структуре магнитнорезистив- ной памяти и состоит из двойной сетки перекрещивающихся печатных проводников, между которыми магнитнорезистивный слой заменен слоем органических молекул. При приложении напряжения к точкам пересечения печатных проводников со­противление межслойного материала изменяется. Для считыва­ния этого изменения достаточно небольшого напряжения. Тео­ретически сопротивление может изменяться в 3 раза. На реальном тестовом чипе ЗУ величина изменения составила IO⁴, что суще­ственно больше, чем у магнитнорезистивных ЗУ, для которых она составляет 40 %. Образец чипа методом оптической и элект- ронно-лучевой литографии изготавливается в течение одного дня (собственно операция печатания длится несколько минут).

По оптимистичным оценкам промышленное изготовление молекулярных ЗУ может быть реализовано через 5 лет.

Это сообщение Hewlett-Packard еще раз продемонстрирова­ло, что органические молекулы могут работать как диоды, ключи и конденсаторы и что базовые молекулярные электронные ком­поненты могут быть собраны в ЗУ и логические схемы. Однако прорыв в молекулярной электронике случится лишь тогда, когда будет убедительно доказана способность органических материа­лов удовлетворять минимальному набору стандартов, необхо­димых для функционирования электронных приборов: не раз­рушаться под действием высокотемпературных технологических процессов (-400 °С), при рабочей температуре до 140 ⁰C и после IO¹² циклов записи-считывания. Определенный скептицизм по этому поводу существует хотя бы потому, что исследования прототипных молекулярных приборов проводились лишь при ограниченном числе циклов, часто при низких температурах, а процессы самосборки, используемые при изготовлении моле­кулярных приборов, обычно ведутся при окружающей темпе­ратуре.

Группа специалистов одного из калифорнийских университе­тов разрабатывает молекулярные запоминающие среды на основе молекул с окислительно-восстановительным (redox) поведением, прикрепленных к электроактивной поверхности (в частности, к Si(IOO)), в которых информация хранится в дис­кретных redox-состояниях [53]. В качестве активного элемента па­мяти исследователи выбрали порфирин, потому что:

· этот материал обладает стабильными 2-битовыми и 4-би­товыми redox-состояниями (в зависимости от архитектурного строения порфирина);

· все эти состояния считываются при относительно низких потенциалах (меньше 1,6 В). Время хранения заряда в элементах ЗУ на основе порфирина исчисляется в минутах — необычайно большое по сравнению с миллисекундами полупроводниковых динамических ЗУ с произвольной выборкой — DRAM. Все эти свойства гюрфиринов позволяют создавать ЗУ с большей плотно­стью памяти (за счет хранения многобитовой информации) и с меньшим энергопотреблением (за счет низких потенциалов и дли­тельного времени хранения зарядов). К тому же порфириновые запоминающие среды памяти удовлетворяют набору стандартов, упомянутых выше.

Ученые корпорации IBM [54] создали компьютерные цепи, работающий на отдельных молекулах. По словам представите­лей IBM, одна такая компьютерная цепь настолько мала, что на кончике стандартного карандашного ластика (~6 мм) их поме­стится 190 миллиардов. В этой цепи, созданной и запушенной учеными IBM в исследовательском центре в Сан-Хосе, отдель­ные молекулы оксида углерода двигаются по плоской медной поверхности наподобие падающих костяшек домино.

Эта разработка стала плодом многолетних усилий IBM по поиску молекулярной альтернативы полупроводникам на крем­ниевой основе, используемым в сегодняшних компьютерах. По словам ученых, эта новая технология "молекулярных каскадов" позволит сделать логический элементы в 260 тысяч раз меньше, чем те, что используются в кремниевых полупроводниках.

Каскадные молекулярные цепи были созданы путем разме­щения молекул оксида углерода на медной поверхности (рис. 4.24). Такие конфигурации обладают атомной точностью, и поэтому авторы называли их "молекулярными каскадами", в которых движение одной молекулы вызывает движение дру­гой, и так далее (эффект домино).

Изотопически чистые каскады собирались на подложке Си (111) посредством низкотемпературного сканирующего туннель­ного электронного микроскопа. Скорость "перескоков" молекул СО в каскадах, как оказалось, не зависит от температуры в ди­апазоне ниже 6 К, и обладает существенным изотопическим эффектом, что свидетельствует о роли квантового туннелирова- ния. На более высоких температурах наблюдалИсь термически активируемые изменения скорости перескоков с аномально ма­лым префактором Аррениуса, что объясняется туннелировани- ем из возбужденных колебательных состояний. Предложена кас­кадная схема вычислений, которая содержит все необходимые

Рис. 4.24. Каскадные молекулярные цепи

элементы и соединения, требуемые для однократного вычисления произвольной логической функции. Логические переключатели и другие устройства выполнены посредством определенным образом упорядоченных молекул на пересечении каскадов.

Продемонстрированы созданные на базе таких цепей сорти­ровщики, в которых имеется несколько элементов "И" (AND) переключателей и несколько "ИЛИ" (OR) переключателей, вместе с необходимыми соединениями и пересечениями.

f

На рис. 4.25 показана модель сортировщика, реализующего ло­гику И и логику ИЛИ из этих двух входов (А). Сортировщик состоит из нескольких компонентов, связанных каскадами от В к D. Пара­метры сортировщика STM (9 ^х 9 нм), I = 50 пА; V = IOmB.

Рис. 4.25. Сортировщик с двумя входами.

Начинаясь с начальной установки (В), вход X был активиро­ван, вручную перемещалась верхняя молекула СО, которая про­двигала каскад к ИЛИ выходу (С). Затем был активирован вход Y, который продвигал каскад к И выходу, как показано в (D), сортировщик также работал правильно, когда вход Убыл активирован первым.

Следовательно, сдвиг одной молекулы запускает однонап­равленный каскад, напоминающий падение выстроенных в ряд костяшек домино. Однако самостоятельно возвратиться в исходное состояние цепи не могут. Таким образом, новинка еще далека от реального применения. В [55] описываются функ­циональные наноэлектронные устройства, создаваемые с ис­пользованием "строительных блоков" из нанопроволок (рис. 4.26).

Поскольку полупроводниковые нанопроволоки могут пере­носить электроны и дырки, их можно использовать как строи­тельные модули для наноэлектроники, при этом сборка не по­требует сложной и дорогой технологии. Кремниевые нано­проволоки, легированные бором и фосфором, были использо­ваны в качестве таких модулей для построения трех типов по­лупроводниковых наноустройств.

Пассивные диодные структуры, состоящие из пересекающихся нанопроволок n- и p- типа, обладают таким же выпрямляющим действием, как и плоские n-p-контакты. Активные биполярные транзисторы, состоящие из сильно- и слаболегированных наноп­роволок n-типа, пересекающих общую нанопроволоку р-типа (базу), имеют высокие коэффициенты усиления по току (общий базовый 0,94 и эмиттерный 16). Кроме того, нанопрово-

Рис. 4.26. Нанотранзистор из полупроводниковых нанопроволок: A - схема, В - изображение из атомного микроскопа, С, D - вольт-амперные характристики

локи n- и p- типов использовались для сборки комплиментарных инвертерных структур. Гибкая технология сборки ключевых эле­ментов электронных схем из хорошо определенных сборочных наноблоков может оказаться шагом на пути к реализации пара­дигмы производства микроэлектроники по типу "от нижнего уровня к верхнему".

В [56] описываются логические элементы и вычисления на основе конструкций из "нанопроволочных" (NW) модулей.

Там же обсуждается подход, названный "от нижнего уровня к верхнему", в котором функциональные элементы наноуст- ройств "собираются" из раствора на основе конструктивных модулей из полупроводниковых нанопроволок. Демонстрирует­ся возможность сборки пересечений n- и p- проволок и их мас­сивов с 95 %-ной надежностью, с контролируемыми электри­ческими характеристиками. Эти элементы могут использоваться для создания интегрированных полевых нанотранзисторных мас­сивов, в которых нанопроволоки являются и каналами прово­димости и контактными электродами. Авторы формировали мас­сивы нанопроволок, которые выполняют ключевые логические операции OR, AND и NOR и способы производить элементар­ные вычисления.

Рис. 4.27. Микрофото­графия в электронном микроскопе, схемы из нескольких сотен пересечений Pt нанопроволочек

Новые технологические возможности в наноэлектронике пред­ложили исследователи из Caltech University of California [57]. Они умеют создавать структуры из металлических или полупроводни­ковых нитей диаметром 8 нм и расстоянием между ними 16 нм, при этом аспектное соотношение мо­жет достигать величины 10⁶ (рис. 4.27). Главный секрет состоит в изготовлении соответствующей мас­ки. Для этого поступают следующим образом. С помощью молекулярно- лучевой эпитаксии выращивают сверхрешетку на основе чередующих­ся слоев GaAs и AlGaAs. Затем эту структуру скалывают и на сколе про­водят селективное травление, мож­но даже на очень большую глубину. Образованные канавки заполняются
каким-либо материалом, например металлом. Все дальнейшее не требует большой фантазии технолога.

Проводимость сформированных таким путем полупровод­никовых и металлических нитей, конечно, оказывается низкой из-за аморфного состояния запыленного вещества. Это, есте­ственно, пока закрывает многие возможности их практического использования в наноэлектронике. Однако одно несомненное и очень важное применение заметно "невооруженным" глазом — это сенсоры! Авторы статьи исследовали резонаторы, состоя­щие из сотен пересечений платиновых нанопроволочек, с мак­симальной резонансной частотой до 2,5 ГГц.

В [58] описывается транзистор с комнатной рабочей темпе­ратурой на базе одиночной углеродной нанотрубки (рис. 4.28).

Сообщается об изготовлении полевого транзистора — трех- полюсного переключателя, который состоит из одной полупро­водниковой однослойной углеродной нанотрубки, соединенной с двумя металлическими электродами. Если прикладывать напря­жение к управляющему электроду, нанотрубка может быть пере­ведена из проводящего состояния в непроводящее. По сравнению с предыдущими результатами авторов устройство работает при

Рис. 4.28. Транзистор на базе одиночной углеродной нанотрубки а— изображение индивидуальной углеродной нанотрубки, б — схематический вид устройства, в и г — энергетические диаграммы

комнатной температуре, что делает его гораздо более привлека­тельным с практической точки зрения. Электрические измерения транзистора на нанотрубке показали, что его поведение описы­вается полу классической зонной моделью, которая используется для описания полупроводниковых устройств.

В [59] авторы обсуждают созданные ими логические цепи с полевыми транзисторами на основе одиночных углеродных нанотрубок. В устройстве (рис. 4.29) присутствуют локальные контакты (gates), которые обладают прекрасным емкостным

Рис. 4.29. Нанотрубчатый транзистор

контактом с нанотрубкой, что приводит к сильному электроста­тическому влиянию на нанотрубку (переход от p-doping к n-doping).

На рис. 4.29, а показан вид отдельного нанотрубочного транзистора, полученный с помощью атомного микроскопа, на рис. 4.29, б— схема устройства. Видно, что нанотрубчатый тран­зистор контактирует с двумя Au с электродами. Провод Al — это наноразмерный оксидный слой, используемый как ворота. На рис. 4.29, в показано изображение, полученное с помощью атом­ного микроскопа, двух нанотрубчатых транзисторов, связанных проводом из Au. Стрелки указывают положение (позицию) тран­зисторов. Также видны четыре маркера выравнивания.

Там же приведены результаты исследования необычного дальнодействующего экранирования заряда вдоль одномерных нанотрубок. Транзисторы обладают хорошими характеристика­ми — высокий коэффициент усиления мощности (>10), боль­шое отношение "включено-выключено" (>10⁵). Транзисторы ра­ботают при комнатной температуре. Важным свойством является то, что локальные контакты позволяют интегрировать множе­ство устройств на одной микросхеме. Приведены одно-, двух- и трехтранзисторные цепи, которые могут выполнять целый ряд логических функций (инвертирование, NOR), служить ячейка­ми статической оперативной памяти и кольцевыми осциллято­рами переменного тока.

В [60] описывается оперативная память для молекулярных компьютеров на базе углеродных нанотрубок (рис. 4.30).

Авторами разработана концепция использования углеродных нанотрубок в качестве элементов молекулярных микроэлектрон­ных устройств и молекулярных проводов для считывания и запи­си информации. Каждое устройство основано на геометрии пере­секающихся закрепленных нанотрубок и обладает двумя устойчивыми состояниями типа включено/выключено. Переклю­чение между состояниями осуществляется электростатически. Элементы устройства соединены в адресуемые массивы теми же углеродными нанотрубками, которые и составляют эти элементы.

Такие обратимые бистабильные элементы могут быть ис­пользованы для создания устойчивой оперативной памяти и таб­лиц логических функций с уровнем интеграции, близким к IO¹²

Рис. 4.30. Два устойчивых состояния пересекающихся нанотрубок

элементов на квадратный сантиметр и с рабочей частотой более 100 ГГц. Жизнеспособность данного подхода подтверждена под­робными вычислениями и экспериментальной реализацией об­ратимого бистабильного "бита" на основе нанотрубок.

В [61] сообщается, что изготовлена многоуровневая схема, у которой на нижнем уровне расположены кремниевые полевые транзисторы, а на верхнем — транзисторы на нанотрубках. Для выращивания нанотрубок методом химического осаждения из паровой фазы использовали специальный катализатор (непло­хим катализатором служит оксид алюминия). Нанотрубки имели диаметр 2-4 нм и микронную длину. О хороших характеристи­ках транзисторов говорить пока не приходится. Затвор находил­ся довольно далеко от нанотрубки, поэтому для открывания канала пришлось подавать на него напряжение 15 В. Отношение тока в открытом состоянии к току в закрытом состоянии, когда напряжение на затворе равно нулю, редко превышало 100. Это очень мало. Транзистор проявлял биполярные свойства, при положительном напряжении его канал заполняли электроны, а при отрицательном — дырки. Главная проблема состоит в пло­хом электрическом контакте металлических электродов истока и стока с нанотрубкой. Контакт далек от омического.

В работе [62], написанной под руководством одного из ос­новоположников наноэлектроники A. Aviram, обсуждаются ос­новные типы наноэлектронных устройств и технологий их изго­товления.

В частности, рассматриваются такие гибридные молекуляр­ные электронные (HME) устройства, состоящие из молекул, расположенных между нескольких электродов, как проводни­ки, счетчики, ректификаторы и память. Кроме того, описыва­ются мономолекулярные электронные (MME) устройства и технология их получения.

В [15] анализируются самособирающиеся полевые транзис­торы на органических монослоях (рис. 4.31).

Рис. 4.31. Используемые молекулы (а) и структура самособирющегося полевого транзистора (SAMFET) (б)

На рис. 4.3 1, б показано, что в качестве электрода запорно­го слоя (gate) используется высокочистый узкий слой кремния (Si). Слой SiO₂ является изолятором. Золотой (Au) — это входной электрод (исходный), полученный термическим напылением. Активным материалом полупроводимости является самособира­ющийся монослой (SAM) из одной из шести, приведенных на рис. 4.31, а, молекул.

Выходной контакт (утечки) выполнен мелкоугловым тене­вым напылением золота (Au). Область активного материала полу­проводимости на рис. 4.32, б показана в увеличенном масштабе.

Авторы статьи демонстрируют эффект управления электрон­ным потоком в направлении, перпендикулярном одномолеку- лярному слою (—10—20 A) посредством третьего электрода. Экс­перименты с полевыми транзисторами на основе органических монослоев дали модуляцию проводимости в пределах более чем пяти порядков. Кроме того, были изготовлены инверторы с ко­эффициентом усиления не менее 6. Изготовление такого рода устройств — важный шаг в направлении развития наноэлектро- ники.

Дата добавления: 2015-04-29