有机分子共振隧穿二极管

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1、#v{{#化学通报ussv年第y期«··³}ΠΠºººq«¬·¥q²µª知识介绍有机分子共振隧穿二极管许鑫华韩波付英松姚康德k天津大学材料科学与工程学院高分子材料系天津vssszul摘要介绍了共振隧穿二极管k×l和有机分子共振隧穿二极管的结构!功能及工作原理o并对有机分子×的研究进展作了概述∀关键词分子电子学共振隧穿二极管k×l有机分子×ΟργανιχΜολεχυλαρΡεσονανχεΤυννελινγ∆ιοδε÷∏÷¬±«∏¤o¤±²oƒ∏≠¬±ª¶²±ªo≠¤²¤±ª§¨k≥¦«²²¯²©¤·¨µ¬¤¯¶≥¦¬¨±¦¨¤±§∞±ª¬±¨

2、¨µ¬±ªo׬¤±¬±±¬√¨µ¶¬·¼o׬¤±¬±vssszuo≤«¬±¤lΑβστραχτ׫¨¶·µ∏¦·∏µ¨o©∏±¦·¬²±¤±§º²µ®¬±ª³µ¬±¦¬³¯¨²©µ¨¶²±¤±¦¨·∏±±¨¯¬±ª§¬²§¨k×l¤±§²µª¤±¬¦°²¯¨¦∏¯¤µ×º¨µ¨¬±·µ²§∏¦¨§q׫¨µ¨¶¨¤µ¦«³µ²ªµ¨¶¶²©²µª¤±¬¦°²¯¨¦∏¯¤µ×º¤¶¤¯¶²³µ¨¶¨±·¨§¥µ¬¨©¯¼qΚεψωορδσ²¯¨¦∏¯¤µ¨¯¨¦·µ²±¬¦¶o¨¶²±¤±¦¨·∏±±¨¯¬±ª§¬²§¨k×loµª¤±¬¦

3、°²¯¨¦∏¯¤µ×当前固体半导体集成电路的发展遇到了许多难题和挑战o集成电路的微型化逐渐接近极限∀目前集成电路的线宽已经降到大约s1tΛ°o虽然集成电路的线宽还有可能进一步降低o但是依据量子理论o当集成电路的线宽降到s1stΛ°以下时o以电子流动传输信号的固体半导体电子器件将不≈t 能正常发挥功能∀这就需要发展新的科学技术解决这一难题∀具有良好发展前景的分子电子学就是在这样的条件下产生的∀分子电子学是研究如何使单个分子在未来的计算机设备中作为关键部件发挥作用的新兴学≈u 科∀早在us世纪zs年代o科学家们就逐步提出了分子器件的构想∀使用分子

4、器件不仅可以使集成电路的尺寸降低x个数量级o而且还可以使速度提高y个数量级o所以使用分子器件可以从整体上大大提高集成电路的性能∀目前科学家已普遍达成共识o分子电子工程是今后电子学发展的重要方向o并预言到usts年左右微电子元件的尺寸将降低到纳米数量级o进入名副其实的分子电≈v 子学时代∀共振隧穿二极管k×l是最早研制成功的纳米电子器件之一o目前已经将×与高迁移晶体管k∞×l结合研制出了多种高速数字电路∀如果能够实现有机分子共振隧穿二极管器件o将是一种非常诱人的设想∀×一般具有以下特点}ktl高频高速工作}隧穿机制和纳米尺寸决定了其高速度工作的

5、本质~许鑫华男ov

6、岁o博士o主要从事有机光电材料和化学传感器方面的研究工作∀∞2°¤¬¯}¬«¬∏¨¼²∏q¦²°国家自然科学基金资助项目kx

7、{zvstylussu2s{2us收稿oussu2ts2uv修回«··³}ΠΠºººq«¬·¥q²µª化学通报ussv年第y期#v{

8、#kul低工作电压!低功耗}×工作电压在s1x∂左右o工作电流在Λ级o用×构成的静态随机存储器k≥l单元功耗仅为xs±•~kvl负阻和自锁k¶¨¯©2¯¤·¦«¬±ªl特性}负阻为×的基本特性~kwl只用少量器件完成多种逻辑功能}如构成一个异或k÷l门o需要用vv个晶

9、体管2晶体管≈v 逻辑k××lo或ty个互补金属氧化物半导体k≤≥l器件o如用×只需w个器件∀通过化学方法合成得到的有机分子×器件o能够将×的尺寸降低到分子级o进一步提高了速度并降低了能耗o而且合成原料来源广泛o成本低廉o尤其重要的是有机分子×可以进行分子设计o通过化学反应直接合成出各种具有奇妙结构和性能的分子器件∀近年来对有机分子×器件的研究日益得到重视o人们已经设计!合成出一些有机分子×o≈towox 并在对结构进行研究的基础上o对工作原理也作了比较深入的探讨∀本文结合目前国内外最新的研究状况o介绍了×和有机分子×的结构!功能及其工作原理

10、o同时对其研究进展也作了简要概述∀1共振隧穿二极管的结构和工作原理通常×由双势垒单势阱系统构成其能带∀如图tk¤l!k¥l所示∀其中势垒由宽带隙材料构成o如¯¶o宽度在t1x∗v1s±°范围内~势阱由窄带隙材料构成如¤¶或±¤¶o宽度在v1s∗x1s±°范围内∀图中画出了导带以上部分o左侧是×的发射n区k∞lo为±重掺杂o故Εƒ在Ε≤以上o势垒和势阱区不掺杂~右侧为集电区k≤lo由于阱宽很窄o故阱中能量发生量子化o形成分立能级oΕs为其最低的能级o势阱愈宽Εs则愈低∀图tk¤l是未加偏压的情况oΕs高于Εƒ∀如果∞和≤之间加一偏压ςo则Εs相

11、对于Εƒ便下降oΕs位于Εƒ和Ε≤k导带底l之间o如图tk¥lo即在∞区的Εƒ和Ε≤之间有一个能量与阱中Εs能级能量图1(α)未加偏压时双势垒单势阱系统的能带结构;