دانلود مقاله الکترونیک مولکولی

توضیحی مختصر از مقاله  :

چکیده:

علم الکترونیک دارای دو جهش بسیار بزرگ در تاریخ کوچک اما بسیار پر تلاطم خود است.۱. ساخت ترانزیستور۲. ساخت اولین مدار مجتمع شامل یک خازن و مقاومت و ترانزیستور.الکترونیک مولکولی یک رویکرد جدید است که به مواد اولیه و اصول عملکرد جدید نیاز دارد و می‌توان گفت انگیزه‌ای برای شناخت و استفاده از آنچه در مولکول‌های مواد اتفاق می‌افتد است. در مقیاس‌های کوچک تر از نانو، ایده استفاده از یک یا چند مولکول به‌عنوان یک سوئیچ به‌نظر بسیار جالب‌تر از بررسی بن‌بست‌های ماسفتی می‌باشد. این کار علاوه بر کوچک شدن ابعاد سرعت را بسیار زیاد کرده است همچنین ارزان‌تر است و بالطبع آن روش‌ها و پیچیدگی‌ها بسیار دشوار می‌شود. (الکترونیک مولکولی هنوز در حال تحقیق در مورد روش‌های ساخت می‌باشد. که به‌نظر می‌رسد به زودی بر آن غلبه و به سمت ساخت مدار مجتمع با این تکنولوژی برود)

 همان طور که مي‌دانيم روش ليتوگرافي نوري براي ساخت مدارات الکترونيکي مجتمع با چالش‌هاي اساسي و جدي روبرو شده است. محدوديت‌هاي فناوري از يک سو و چالش‌هاي کوانتومي از سوي ديگر توسعه‌ي نانوالکترونيک را با دشواري روبرو کرده است . در اين ميان دانشمندان به ايده‌ها و روش‌هاي جايگزين و جديدي مي‌انديشند که محدوديت‌هاي روش ليتوگرافي نوري را ندارد. يکي از اين روش‌ها، ساخت و استفاده از مولکول‌هايي است که رفتاري مشابه رفتار کليد زدن ترانزيستورها داشته باشند. در واقع دانشمندان قصد دارند با طراحي، ساخت و استفاده از اين مولکلول‌ها، آن‌ها را جايگزين ترانزيستورهاي سيليکوني کنند. اين ايده را الکترونيک مولکولي مي‌گوييم. اين رفتار مي‌تواند مبنايي براي پردازش اطلاعات در رايانه‌ها و ذخيره‌ي اطلاعات در حافظه‌ها قرار گيرد .مولکول‌هايي که در الکترونيک مولکولي مورد استفاده قرار مي‌گيرند بايستي شرايطي داشته باشند. اين مولکول‌ها بايد داراي دو شکل متفاوت باشند که توسط يک محرک خارجي نظير نور يا ولتاژ تغيير شکل دهد. اين تغيير شکل بايد برگشت‌پذير هم باشد. در واقع مولکول در يک حالت به عنوان صفر (zero) و در يک حالت به عنوان يک (one) رفتار مي‌کند. رفتار برگشت‌پذيري مولکول هم بايد بسيار سريع باشد به گونه‌اي که بتواند در مدارات الکترونيکي مجتمع، مفيد واقع شود. همچنين پايداري و مخصوصا پايداريِ گرمايي نيز عامل مهمي است. يعني اين مولکول‌ها در برابر تغييرات دمايي نبايد از شکلي به شکل ديگر تغيير شکل دهند. چرا که در مدارات مجتمع محدوده‌ي تغييرات دمايي بسيار زياد است و در صورت تغيير شکل مولکول‌ها، اطلاعات آن‌ها از دست مي‌رود.

مثلا مولکول آزوبنزن ، در ابتدا نمونه‌اي مناسب به نظر مي‌رسد. مولکول آزوبنزن داراي دو ايزومر سيس و ترانس است که هر کدام داراي دو طول متفاوت است. با تابيدن نور فرابنفش با طول موج 313 نانومتر، ايزومر ترانس به ايزومر سيس تغيير شکل مي‌دهد و با تابيدن نور فرابنفش با طول موج بيش‌تر از 380 نانومتر، ايزومر سيس به ايزومر ترانس تغيير شکل مي‌دهد. بنابراين در مدار الکتريکي يکي از ايزومرها مي‌تواند به عنوان صفر و ديگري به عنوان يک رفتار کند. ليکن مشکل آزوبنزن عدم پايداري گرمايي آن است. در واقع ايزومر سيس آزوبنزن از نظر گرمايي پايدار نيست و اندک گرمايشي موجب تغيير شکل آن به ايزومر ترانس مي‌شود.البته اين رفتار در مولکول مذکور در دماي 60 کلوين مشاهده مي‌شود، يعني تقريبا 213- درجه‌ي سلسيوس و در دماي اتاق ظاهر نمي‌شود. همان طور که مشاهده مي‌کنيد اين دما بسيار پايين و دسترسي به آن دشوار است. لذا استفاده از آن در شرايط دماي معمولي مستلزم توسعه‌ي بيش‌تر اين دانش است. همچنين لازم به يادآوري است که نشان دادن اين که يک مولکول مي‌تواند جريان الکتريکي را هدايت کند و رسانايي و عدم رسانايي آن قابل کنترل است، براي توسعه‌ي دانش الکترونيک کفايت نمي‌کند. آن چه اکنون در اختيار داريم يک کليد مولکولي بسيار کوچک و در ابعاد چند نانومتر است که جريان الکتريکي عبوري از آن با استفاده از يک ولتاژ قابل کنترل است. مزيت اصلي آن نسبت به ترانزيستورهاي سيليکوني ابعاد کوچک‌ترِ آن است. ليکن توسعه‌ي رايانه‌ها و استفاده از الکترونيک مولکولي در صنايع الکترونيک و رايانه مستلزم اتصال اين مولکول‌ها به يکديگر و ساخت گِيت‌هاي منطقي است همچنين روش‌هاي ساخت و توليد آن در مقياس انبوه نيز چالشي است که بايد قبل از توسعه‌ي الکترونيک مولکولي حل شود .

فصل اول:

الکترونیک مولکولی

الکترونیک مولکولی، که گاهی اوقات به عنوان moletronics خوانده می شود، یک موضوع  بین رشته ای از فناوری نانو بوده که در رشته های شیمی، فیزیک، زیست شناسی وعلم مواد گسترش یافته و  شامل بلوک های ساختارالکترونیک مولکولی است که برای ساخت قطعاتی همچون، سیم مقاومتی و ترانزیستور استفاده می شود. علم الکترونیک در مقیاس مولکولی قصد دارد تجدید نظر قابل توجهی از لحاظ کاهش اندازه و افزایش سرعت و دقت تراشه های کامپیوتری انجام دهد. الکترنیک مولکولی همچنین چارچوبی را برای دانشمندان مهیا می کند که بازهم قانون مور را با توجه به محدودیتهای ایجاد شده پیش ببرند .

نیمه هادی های آلی در مقایسه با نیمه هادی های سنتی ( سیلیکون معدنی ) دارای خواص منحصر به فرد و مزایایی همچون لایه ی پردازش قابل انعطاف در درجه حرارت پایین ، هزینه کمتر ، روند ساختی با سرعت بالاتر و نیز دارای خواص الکترونیکی تنظیم پذیرتری هستند . ساختار این مواد بر پایه ی مولکولهای آلی و پلیمرها (π _مزدوج ) استوار است . برای ساختن نیمه هادی آلی مواد زیادی هست که می توان کانال نوع _ p را با آن ساخت اما برای کانال نوع _ nاین مواد نسبتآ نادراند .برای ساختن قطعات با فرایند الکترونیک مولکولی می توان از تکنیک های شیمی(self-assembly) ، نانو لوله های کربنی ، DNA ، پروتئین و دیگر تکنیکها استفاده کرد . در آزمایشهای الکترونیک مولکولی ، مولکولهای فعال الکتریکی می توانند رفتار خود را بشدت تغییر دهند بسته به اینکه آنها توسط الکترود احاطه شده باشند یا مواد دیگر و این تغییر رفتار مستلزم توجه بیشتری است .