Молекулярные слои тоньше нанометра превратили в работающие электронные устройства
Учёные MIT изготовили более 1000 устройств с молекулярными контактами, добившись выхода до 99% и стабильной работы на протяжении 100 000 циклов измерений
Учёные Массачусетского технологического института (MIT) разработали способ интегрировать молекулы в электронные устройства с помощью стандартных процессов производства полупроводников. Технология получила название self-assembled contacts — «самособирающиеся контакты»: сначала создаётся основная структура устройства, а затем молекулярный материал добавляется так, чтобы электрические соединения формировались сами и не повреждали молекулы.
Молекулы интересны для вычислительных, сенсорных, оптических и квантовых технологий благодаря точно настраиваемым свойствам на атомном уровне. Однако традиционное производство микросхем использует сильные химические реагенты и другие процессы, которые могут разрушать хрупкие молекулярные структуры. Это мешает соединять молекулы с металлическими электродами и выпускать такие устройства в большом количестве.
В демонстрационной конструкции команда сначала изготовила 2 металлических электрода с заранее сформированным зазором. Затем поверхности покрыли молекулярным слоем. При испарении жидкости капиллярные силы (взаимодействия, затягивающие жидкость в очень узкие промежутки) подтянули верхний электрод к молекулам. После этого слабые взаимодействия между близко расположенными поверхностями удерживали контакт, не разрушая отдельные молекулы.
По этой схеме изготовили более 1000 электрически активных устройств с молекулярными слоями толщиной менее 1 нм. Доля исправно работающих устройств составила до 99%, устройства сохраняли стабильную работу на протяжении 100 000 циклов измерений. Измерения спектроскопией комбинационного рассеяния света подтвердили сохранность молекул после изготовления.
«Наша платформа объединяет масштабируемость обычного производства полупроводников с точностью и контролем самосборки», — заявила Фарназ Нирои, доцент кафедры электротехники и информатики MIT. По словам Питера Саттертуэйта, одного из авторов работы, добавление хрупких материалов только после изготовления основных элементов позволяет использовать стандартные производственные процессы, которые обычно несовместимы с наноматериалами.
Команда также продемонстрировала системную интеграцию устройств в перекрёстной матрице молекулярной памяти. Такая архитектура выполнила векторно-матричное умножение — базовую операцию нейроморфных вычислений, имитирующих некоторые принципы обработки информации в нервной системе. Авторы рассматривают разработанный подход как основу для массивов молекулярной памяти и интеграции других наномасштабных и квантовых материалов в электронные устройства.