分子器件及通用分子器件模型（UDM）的理論研究.pdf

1、盡管在今后的十年內(nèi)，傳統(tǒng)硅電子學仍將是工業(yè)界的主導，但是全新的分子電子學有望超越當今半導體技術在物理學和經(jīng)濟學上的阻礙而繼續(xù)沿著Moore定理向前指數(shù)發(fā)展。雖然如今大部分分子電子學的解決方案仍處于起步階段，但是它們在集成度、低功耗計算以及和其他生化功能的結合等方面有不可低估的潛力。關于分子電子學的研究已經(jīng)取得了不少令人振奮的成果。尤其在過去的幾年里，分子電子學步上了一個新的臺階，但是作為一個全新的前沿科學，除了對實驗技術提出了很高的要求

2、外，還亟需理論上的支撐。分子電子學研究的是分子水平上的電子學，其目標是用單個分子、超分子或分子簇代替硅基半導體晶體管等固體電子學元件組裝邏輯電路，乃至組裝完整的分子計算機。它的一個研究方向包括各種分子電子器件的設計、合成、性能測試以及如何將它們組裝在一起以實現(xiàn)一定的邏輯功能電路等等。本文重點在于導電分子及分子電子器件的一些理論探索和研究。本文首先介紹了一些常見的導電分子，包括無機分子、有機分子和生物分子，并對它們的電氣特性進行了比較，同

3、時還從理論上介紹了分子的導電機理；文章的第二部分重點介紹了幾種常用的分子電子器件及其工作原理；其中三端分子器件對于需要功率增益和信號還原的分子電路來說是非常重要的，本文基于Matthew和Garrett等人提出的兩端分子器件的通用器件模型（UniversalDeviceModel，簡記為UDM），創(chuàng)造性地提出了一種一般的三端分子器件的UDM，用于在納米尺度下的分子電路仿真和設計。同時，本文還給出了基于UDM的電路的理論設計流程，并通過電

4、路實例以從實際上說明了UDM的作用。I-V特性的計算也是分子器件理論研究的一個難點之一。本文著重介紹了了一種基于Büttiker多端響應公式的量子力學方法，并用于計算基于金屬電極－分子－金屬電極（Metal-Molecular-Metal,以下簡記為：MMM）系統(tǒng)結構的分子電子器件的I-V特性。這為分子電子器件的研究提供了強有力的理論指導。本文對分子電子器件的設計以及組合分子電子器件的一些難點做出了充分的估計，并給出了大致的對策。最后總