Транзистор толщиной в молекулу стал реальностью

Author:

Вячеслав Ансимов

Ученые лаборатории нанотехнологий Bell Labs, принадлежащей Lucent Technologies, создали транзистор с толщиной управляющего перехода всего в 1 молекулу.

Под руководством доктора Хендрика Шона группа исследователей – Хонг Менг и Женан Бао из лаборатории в Нью-Джерси осуществила еще один прорыв в наноэлектронике. Кроме стабильно работающего транзистора, ученые смогли собрать из них схему логического инвертора.

Таким образом, практическая реализация молекулярного компьютера стала на шаг ближе. Молекула в качестве переключательного элемента логических схем означает достижение теоретического предела плотности записи информации (1 бит на молекулу). Компьютеры обретут практически неограниченную память и быстродействие, лимитируемое только временем прохождения сигнала через прибор.

Преимущества молекулярных компьютеров также состоят в их чрезвычайно малых размерах и в мизерном количестве потребляемой энергии. Молекулярный процессор может быть в 100 миллиардов раз экономичнее современных микропроцессоров, и гораздо меньших размеров.

Идея использования отдельных молекул как самостоятельных электронных компонентов возникла в 1974 году. Главными проблемами были нестабильность таких компонентов и трудности с их интеграцией с макроэлементами. Стабильности мешают тепловые колебания молекул и волновые неопределенности субмолекулярного уровня.

Проблема внешней интеграции еще сложнее. Воткнуть в молекулярные компоненты “ножки” оказалось совсем не просто. Сначала удалось создать двух-контактные нано-элементы – диоды. Однако базовым элементом современной схемотехники вычислительных систем является транзистор с третьим управляющим электродом.

Ученым Bell Labs удалось создать молекулярный полевой транзистор, который стабильно работает как в переключательном, так и в усилительном режиме. Под влиянием управляющего напряжения проводимость канала менялась более чем на 5 порядков.

С помощью оригинальной технологии самосоединения молекулярных компонентов в схемы вокруг общих электродов, удалось создать инвертор – один из базовых элементов логических схем. Формирование схемы из транзисторов на основе органического вещества тиола происходит в специальном растворе вокруг золотых электродов.

Нанотехнологии успешно развивают также ученые IBM и Hewlett-Packard. IBM в апреле этого года впервые удалось создать транзисторную сборку толщиной в несколько молекул на основе углеродных нанотрубок. Но все равно позиционирование нанотрубок в схемах стало хоть и разрешимой, но довольно сложной задачей. Кроме того, пока производство бездефектных углеродных нанотрубок чрезвычайно дорого. Даже сырье для них стоит намного дороже золота. Разработки Hewlett-Packard касаются в основном молекулярных элементов памяти.

Технология Bell представляется весьма дешевой и легко трансформируемой от существующего кремниевого производства. Сейчас считается, что теоретические пределы кремниевых макротехнологий будет достигнуты через 10 – 15 лет.

ССЫЛКИ ПО ТЕМЕ


Bell Labs

Bell Labs Scientists Usher in New Era of Molecular-Scale Electronics – Bell Labs, 17.10.01

Self-assembled monolayer organic field-effect transistors – Nature, 18.10.01

Precursor to Tiniest Chip Is Developed – New York Times, 18.10.01

It Works: Really Super Tiny Chips – Wired News, 17.10.01

МАТЕРИАЛЫ ПО ТЕМЕ


Hewlett-Packard уже близка к молекулярному компьютеру18.07.01


Чипы IBM заработают быстрее, когда их растянут08.06.01


В полупроводниковых нанотехнологиях произошел прорыв28.04.01


Компьютер будущего: молекулярный или квантовый?21.08.00