Современная электроника №7/2023

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 15 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 7 / 2023 по своей природе динамичны и могут претерпевать изменения , влияющие на их электронные свойства . Суще - ствует несколько стратегий , разрабо - танных для решения этой проблемы , такие , например , как использование жёстких каркасов для стабилизации молекул и использование самособи - рающихся монослоёв для контроля их ориентации . Ещё одной проблемой SMD является подключение к внешним электродам . Эти вопросы решаются с помо - щью использования молекулярных проводов для соединения молекул с электродами , а также использование плазмонных структур , усиливающих взаимодействие между молекулами и электродами . Интенсивные исследования , про - ведённые за последние десятилетия , позволили разработать ряд ценных физико - химических методов контро - ля транспорта зарядов через органи - ческие молекулы , благодаря которым впервые был открыт ряд их уникаль - ных свойств . Среди наиболее значимых дости - жений молекулярной электроники можно выделить , например , такие как кулоновская и спиновая блока - ды ; запрет транспорта зарядов Фран - ка - Кондона ; эффекты Кондо , кванто - вую интерференцию и декогеренцию электронов ; отрицательное диффе - ренциальное сопротивление ; эффект молекулярной полупроводниковой проводимости ; вибронные эффекты ; молекулярный локальный нагрев при прохождении электронов через выво - ды ; молекулярное переключение тока и гистерезис . Более подробно новые методы раз - работки одномолекулярных полупро - водниковых устройств рассмотрены в следующих разделах статьи . 2. Основные экспериментальные методы исследования одномолекулярных переходов Структурная схема простейше - го электронного устройства на базе органической молекулы показана на рис . 2. В общем случае одномолеку - лярное полупроводниковое устрой - ство (single molecular device – SMD) состоит из донорной и акцепторной систем , разделённых туннельным мостом (sigma-bonded-methylene). Если к донорной и акцепторной частям молекулы подключить металлические электроды с низкой и высокой рабо - той выхода соответственно (low/high work function), то под действием при - ложенного к ним внешнего напряже - ния электроны будут перетекать от электрода с низкой работой выхода к электроноакцепторной химической группе молекулы . При этом в обрат - ном направлении тока не будет . Моле - кулярная основа SMD синтезируется в соответствии с заранее заданным набором определённых функциональ - ных характеристик . Электроды обычно изготавливаются из какого - либо бла - городного металла , например , из золо - та . Соединение молекулярной осно - вы SMD с электродами реализуется с помощью донорно - акцепторных взаи - модействий , ковалентных связей или ван - дер - ваальсовых взаимодействий . Первые попытки создания действу - ющих моделей SMD с использованием приведённой на рис . 2 схемы столкну - лись с крайне сложной технологиче - ской проблемой внедрения электри - ческих контактов в рабочую молекулу . Для изготовления лабораторных образцов молекулярных устройств SMD в основном используется несколь - ко базовых вариантов , реализованных в различных модификациях , вклю - чая такие , например , как : механи - чески управляемые разрывные сое - динения (mechanically controllable break junctions-MCBJ), электроми - грационные разрывные соединения (electromigration break junctions – EBJ) или с помощью сканирующих туннель - ных микроскопов (scanning tunneling microscopes – STM). На рис . 3 показана схема метода , получившего название «Mechanically controllable break junctions – MCBJ» ( кон - тролируемый механический разрыв ). Этот метод , впервые предложенный в 1992 году , в дальнейшем использо - вался многими авторами . Например , в работе [5] для образо - вания каркаса молекулярного соеди - нения использовалась проволока Ag (99,997%, 0,1 мм , Alfa Aesar) с насеч - кой посередине , которая закрепля - лась поверх гибкой подложки , изго - товленной из фосфористой бронзы (phosphorous bronze) толщиной 1 мм , покрытой каптоновой фольгой – Kapton 0.10 mm). Эта конструк - ция помещалась в вакуумную каме - ру , охлаждаемую жидким гелием до 4,2 К . С помощью высокоточной уста - новки трёхточечного изгиба , работа - ющей под управлением компьютера , подложка вместе с проволокой дефор - мируется , и в месте надреза образует - ся мостик толщиной несколько нано - метров . При дальнейшем увеличении изгиба мостик разрывается . Эти зао - стрённые кусочки проволоки диаме - тром атомарного масштаба использу - ются в качестве электродов устройства . На следующем этапе в точке разры - ва синтезировалась рабочая молеку - ла ферроцена (99,5%, Альфа Aesar). К электродам прикладывалось посто - янное напряжение , и измерялся ток через молекулу . С помощью регули - Рис . 2. Структурная схема простейшего электронного устройства на базе органической молекулы с золотыми электродами и выделенными связующими группами [3] Рис . 3. Схема процесса изготовления разрыва для одномолекулярного устройства с помощью метода MCBJ [4] Основа Связи Электроды