Молекулярная наноэлектроника. Транзисторы на молекулах

Кроме того, возле катода возможен переход электрона на свободное место (3). А также возможное перемещение электронов с большой энергией (накопленной за счёт тепла) преодолеть потенциальный барьер и оказаться в LUMO. За счёт этого образуется электрический ток через молекулу. У молекул, имеющих заметную электропроводность, энергетическое расстояниеΔЕмежду HOMO и LUMO небольшое и примерно равно расстоянию между валентной зоной и зоной проводимости в полупроводниках. В углеродную цепь электропроводной полимерной молекулы можно химически "встроить" звено, разделяющее непрерывную цепь -МО на две части и в то же время являющееся выборочно чувствительным к тому или иному внешнему влиянию. Реагируя на это влияние изменением плотности распределения электронов на своих МО, это звено может существенно изменять электропроводность молекулы. Подобная ситуация приводи к тому, что молекула становится чувствительным элементов, которые преобразует изменение внешнего фактора в вариацию электрического тока (рисунок 3.10). Рисунок 3.10 – Функциональная схема одного из основных элементов молекулярной электроники ("металл – молекула – металл")Подобная молекула становится "молекулярным вентилем", который может быть управляем за счёт внешних факторов. В настоящее время разработаны и прошли исследования полимерные молекулы, которые реагируют на различные воздействия (электромеханические, химические и др.). Технология построения молекулярных логических элементов основана на построении вентилей, которые управляют электрическим потенциалом. На рисунке 3.11 представлена одна из возможных структур «молекулярного транзистора». Рисунок 3.11 – Структура экспериментального молекулярного транзистора (а).Микрофотография электродов, выполненная с помощьюмикроскопа на атомном уровне (б)На подложке был сформирован металлический затвор, на него нанесен слой диэлектрика, на котором методами нанолитографии были сформированы золотые электроды истока и стока. Тонкий мостик между ними полностью разрывался путем испарения с помощью электронного луча или пропускания импульса электрического тока. В разрыв между электродами была высажена молекула полипиридила. Снимок одной из пар таких электродов, полученный в атомном силовом микроскопе представлен на рисунке 3.11,б.Вольтамперные характеристики такого молекулярного транзистора при различных значениях напряжения задания между затвором и стоком представлены на рисунке 3.12. Вдоль горизонтали отложено напряжение U(в милливольтах), приложенное к молекуле, вдоль вертикали – электрический ток, который течет сквозь нее.Рисунок 3.12 –Вольтамперные характеристики экспериментального молекулярного транзистора при различных значениях напряжения на затвореВидно, что ВАХ молекулы асимметрична. В большинстве случаев это – следствие асимметрии встроенного в молекулу чувствительного звена. При напряжении U= 75 мВ ток сквозь молекулу изменяется в 6 раз – от 100 пА при потенциале затвора Uз= – 1 В до 600 пА при потенциале затвора Uз= – 0,4 В. В режиме, когда U= 50 мВ, а ток I= 350 пА, на транзисторе рассеивается мощность 17,5 пВт.О времени переключения такого "транзистора" и о его частотной характеристике пока не сообщается. Судя по всему, они определяются в основном задержками на цепях передачи сигналов (R-C), поскольку время перестройки электронных молекулярных орбиталей составляет порядка 10-14 с.Из "молекулярных транзисторов" такого типа можно, конечно, построить функционально полную систему логических элементов по принципам, аналогичным представленным. Методы получения подобных микросхем представлены в приложении А. Основной вопрос заключается в разработке эффективной "молекулярной технологии" изготовления таких логических схем, нужной системы межсоединений и более сложных устройств на их основе. Над созданием такой технологии, пригодной для промышленного производства, и работают сейчас научные сотрудники и инженеры.ЗаключениеВ результате выполнения реферата были рассмотрены транзисторные усилители мощности.В первом вопросе проанализирована общая структура построения усилителей мощности. Отмечено, что максимальная мощность на выходе усилителя достигается за счёт мощности источника тока. Представлены структуры простейших схем построения усилителей: с общей базой, общим эмиттером, общим коллектором. Отмечены особенности каждой из схем. Рассмотрен принцип действия однокаскадного усилителя при подаче на вход синусоидального сигнала. Во втором вопросе проанализированы практические схемы транзисторных усилителей мощности. Рассмотрен общий двухктактный усилитель мощности, усилитель мощности в широком диапазоне частот, усилитель повышенной мощности. Приведены параметры структуры и технические данные каждого из видов усилителей. В третьей главе рассмотрена молекуляторная структура и возможность получения нанотразистора. Область нанодиапазона от 1 нм до 100 нм. В живой природе, состоящей так же, как и неживая материя, из атомов, молекулы протеина и липидов имеют размеры до 10 нм. Масштаб рибосом и вирусов лежит в пределах 100 нм. Например, один из продуктов нанотехнологии – нанотрубки,а также элементы сверхбольших интегрированных схем тоже имеют размеры ~100нм. Именно это дает надежду на успешное совмещение технологий живых и неживых систем, создание микроминиатюрных устройств, лекарств. Следует отметить, что с возрастанием производительности микрочипов они становятся дешевле и потребляют меньше энергии по сравнению с чипами предшествующего поколения.Список использованных источников1. Основы промышленной электроники / Под ред. В.Г. Герасимова. М.: Высш. шк., 1986, - 336 с.2. Лабораторные работы по основам промышленной электроники / Под ред. В.Г. Герасимова. М.: Высш. шк., 1989, - 175 с.3. Копылов, И.П. Электрические машины: учеб.для вузов / И.П. Копылов. – М.: Высшая школа, 2004. – 607 с.4. Anisimov, D.M., Sarvarov, I.A., Petushkov, M.Yu.,Sarvarov, A.S. Puskovoeustroystvotrekhfaznogovysokovol'tnogoelektrodvigatelyaperemennogotoka [Starting Device of Three-Phased High-Voltage Electric Motor of Alternating Current]. Svidetel'stvo RF napoleznuju model' [Certificate of Russia on Useful Model №82963], no. 82963. – 2009.Петушков, М.Ю. Повышение ресурсоэффективности эксплуатация высоковольтных асинхронных электроприводов: дис.док.техн.наук: 05.09.03 / Петушков Михаил Юрьевич. – Магнитогорск., 2015. – 226 с.Официальный сайт компании «Терраэлектроника» [Электронный доступ]: https://www.terraelectronica.ru/catalog.php?id=363&f%5Bcost%5D%5Bmin%5D=0.00&f%5Bcost%5D%5Bmax%5D=17113.00&ef%5B1486%5D%5Bvalue%5D%5B%5D=1200.Приложение А