Биомолекулы самоорганизовались в проводящий слой микросхемы
Европейские физики представили новую технологию интегральных микросхем с возможностью самосборки. По мнению учёных, им удалось сделать важный шаг на пути к производству компьютеров без участия человека.
В настоящий момент бoльшая часть микроэлектронных устройств изготавливается на основе полупроводников. Процесс представляет собой печать схемы на полупроводниковой подложке (обычно кремниевой) посредством фотопроцесса (комбинация света и фоточувствительных элементов).
Однако такая технология упирается в серьёзное ограничение, связанное с пределом компоновки огромного количества транзисторов в одном кристалле, – работать с наноразмерами достаточно сложно.
В связи с этим многие разработчики возлагают большие надежды на самосборку. Группа под руководством Эдсгера Смитса (Edsger Smits) из университета Гронингена (Rijksuniversiteit Groningen) сообщает в журнале Nature о достигнутых успехах в этой области.
Принципиальная схема самосборки: молекулы в растворе прикрепляются к изолирующему слою и образуют на нём проводящие «мостики» (иллюстрация Smits et al.).
«Лучший пример самосборки – ДНК. Только представьте: руководствуясь генетическим кодом, отдельные молекулы собираются в целого человека.
Именно такого эффекта все хотят добиться в производстве интегральных схем», — рассказывает один из участников исследования Даго де Леув (Dago de Leeuw) из Philips Research Laboratories.
Но этого не так просто добиться. Процесс требует самостоятельного (в буквальном смысле) объединения изолирующего слоя, электродов и полупроводниковых транзисторов – причём в соответствии с заданной архитектурой.
В нашем случае учёные использовали полупроводниковые свойства органической молекулы квинкветиофена (quinquethiophene), связав её с длинной углеродной цепочкой с кремниевой группой на конце (она играет роль сцепляющего «якоря»).
После этого исследователи поместили монтажную плату (circuit board) с нанесёнными на неё электродами в получившийся раствор. Миллиарды молекул, «зацепившись» за изолирующий слой, образовали своеобразные мостики между электродами и тем самым обеспечили прохождение тока.
«Органические молекулы выступают в роли строительных кирпичиков, — поясняет доктор Смитс. – И, честно говоря, всё это работает намного лучше, чем мы ожидали» (фото с сайта fmns.rug.nl).
После того как процесс наведения молекулярных мостов был завершён, микросхему извлекли из раствора, промыли и испытали. В результате учёным удалось добиться заданных характеристик преобразования сигнала – в зависимости от напряжения на входе.
Это, конечно, не полная самосборка – ведь шаблон электродов был нанесён на подложку заранее, однако авторы исследования всё равно удовлетворены результатом. «Мы сделали важный шаг», — уверен доктор де Леув.
Хаген Клаук (Hagen Klauk) из института физики твёрдого тела Макса Планка (Max-Planck-Institut fur Festkorperforschung) отмечает, что низкая мобильность электронов не позволит создать на базе полученной микросхемы быстродействующий компьютер. Впрочем, немецкий учёный добавляет, что добиться улучшения проводящих характеристик органических молекул вполне возможно.
Группа Смитса планирует продолжить исследования и разработать технологию самособирающихся электродов. Однако практическое использование «молекул-мостиков», по мнению авторов работы, возможно уже сейчас – например для производства сверхчувствительных сенсоров, способных реагировать на мельчайшие частицы опасных химикатов.
Читайте также об органической компьютерной памяти, о памяти из вирусов и о бактериях в микросхемах.
Биологические молекулы
