Из молекулярных слоев тоньше нанометра создали действующую электронику

Специалисты Массачусетского технологического института предложили инновационный метод интеграции отдельных молекул в электронные схемы с применением стандартных полупроводниковых техпроцессов. Подход, названный технологией «самособирающихся контактов» (self-assembled contacts), предполагает первоначальное формирование базового каркаса устройства с последующим бережным нанесением молекулярного слоя, при котором электрические контакты образуются самопроизвольно, исключая риск повреждения органических соединений.

Молекулярные структуры представляют колоссальный интерес для квантовых вычислений, сенсорики и оптоэлектроники за счет возможности прецизионной настройки их характеристик на субатомном уровне. Тем не менее классические методики микроэлектронной фабрикации предполагают агрессивную химическую и термическую обработку, разрушительную для деликатных молекул. Этот фактор долгое время оставался непреодолимым барьером для надежной коммутации молекул с металлическими проводниками и развертывания их массового производства.

В рамках эксперимента инженеры сформировали пару металлических электродов с микроскопическим зазором, на которые затем был нанесен молекулярный монослой. По мере испарения растворителя возникающие капиллярные силы плавно притянули верхний электрод к молекулам, после чего межмолекулярные взаимодействия зафиксировали контакт без деформации и деградации активного вещества.

С помощью данного метода удалось изготовить свыше тысячи работоспособных микрокомпонентов с толщиной молекулярного слоя менее одного нанометра. Процент выхода годных изделий достиг впечатляющих 99%, а сами элементы продемонстрировали безупречную стабильность на протяжении ста тысяч циклов тестирования. Данные рамановской спектроскопии наглядно подтвердили полную структурную целостность молекул по завершении всех этапов сборки.

«Разработанная нами концепция успешно сочетает масштаб классического полупроводникового производства с филигранной точностью процессов самосборки», — подчеркнула Фарназ Нирои, доцент факультета электротехники и компьютерных наук MIT. Соавтор проекта Питер Саттертуэйт отметил, что интеграция уязвимых наноматериалов на финальном этапе позволяет задействовать проверенную промышленную инфраструктуру, которая ранее считалась непригодной для работы с молекулярными структурами.

Исследователи также доказали возможность практического применения технологии, объединив компоненты в кроссбар-матрицу молекулярной памяти. На базе этой архитектуры было успешно реализовано векторно-матричное умножение — ключевая математическая операция для нейроморфных систем, воспроизводящих принципы работы биологических нейросетей. Создатели технологии уверены, что представленный метод послужит фундаментом для создания энергоэффективных массивов молекулярной памяти и внедрения широкого спектра квантовых и наноразмерных материалов в современную электронику.

Источник: iXBT