Молекулярная электроника

Молекулярная электроника

То, что ученым, конструкторам, инженерам в последнее время удалось — в основном с по­мощью полупроводников — сделать в области уменьшения размеров электронных приборов, кажется удивительным проникновением в мир микроскопически малых величин. Но это далеко не предел. Ученые задумались: нельзя ли ис­пользовать в качестве элементов электронных устройств молекулярную структуру твердого тела? Ответ на этот вопрос, и ответ положитель­ный, дает новое направление науки — молеку­лярная электроника.

Сверхчистые германий и кремний с их со­вершенной кристаллической структурой необы­чайно чувствительны к присадкам других ве­ществ. Если в различные участки этих кристал­лов ввести строго определенные количества ми­кродобавок бора, галлия, алюминия, сурьмы, мышьяка и т. п., создающих избыток носителей отрицательных или положительных зарядов и создающих в полупроводниках ту или иную проводимость, то в них одновременно образуются микроскопические зоны распределения элек­трических зарядов. Эти зоны проявляют в плоскости соприкосновения кристаллов друг с другом самые различные электрические свой­ства и могут выполнять функции основных эле­ментов любой электронной схемы: сопротивле­ний, емкостей, диодов (выпрямителей) и триодов (усилителей).

Такие кристаллы с дополнительными элект­рическими свойствами и функциями называют функциональными блоками, хотя они по-прежнему продолжают оста­ваться монолитным твердым телом.

Вносить присадки в кристаллы полупро­водников, превращающие их в электронные схемы, можно множеством самых разнообразных способов: воздействуя на них химическими ме­тодами, облучая потоком электронов, видимыми и невидимыми лучами, ультразвуком, напыливая на них другие вещества или вводя их ме­тодом диффузий.

Изменить сопротивление полупроводника, например, можно, вводя в него присадки, уменьшающие первоначальное электрическое сопротивление, или просто изменяя его геомет­рические размеры: длину, ширину, толщину. А емкость можно получить, нагревая кремний в атмосфере кислорода. Вследствие нагрева на его поверхности образуется тончайшая прочная пленка кварца, представляющая собой отлич­ный диэлектрик. Если же на пленку нанести еще столь же тонкий слой металла, то кристалл, пленка и слой металла составят конденсатор постоянной емкости, величину которой легко менять, сокращая или увеличивая площадь обкладок или толщину разделяющего их ди­электрика (пленки). В таком блоке не нужны да­же монтажные соединительные проводники, так как его элементы непосредственно соприкасают­ся друг с другом.

Вот как будет, например, выглядеть блок для преобразования переменного тока напря­жением 110 в в постоянный ток напряжением, допустим, 10 в. В обычном выпрямителе для этого нужны 5 элементов — сетевой понижаю­щий трансформатор, ламповый диод, дроссель для сглаживания пульсаций выпрямленного тока и два конденсатора большой емкости. В мо­лекулярном выпрямителе ничего этого не тре­буется. Все заменяется крошечным кусочком кристалла германия.

Обрабатывая кристалл одним из описанных выше способов, в нем можно образовать три зоны с различными физическими свойствами: зону сопротивления, изолирующую и термо­электрическую зоны. При прохождении пере­менного электрического тока через зону сопро­тивления она, естественно, разогревается. Изо­лирующая зона сквозь себя электрического тока не пропускает, но зато хорошо проводит тепло, тем самым нагревая термоэлектрическую зону. Последняя представляет собой полупроводни­ковый термоэлемент, вырабатывающий при нагревании постоянный электрический ток напряжением около 10 в, не нуждающийся ни в каком сглаживании, а следовательно, и в при­менении конденсаторов и дросселей.

Прочность и надежность действия таких электронных схем приближаются к идеальным. Если учесть, что ученые научились получать пленки германия толщиной всего 0,002 мм,— а этого вполне достаточно, чтобы создавать в них все необходимые зоны с функциями, ранее осуществляющимися отдельными деталями,— молекулярные схемы можно будет изготов­лять, спрессовывая вместе любое количество таких пленок.

Пока молекулярная электроника только зарождается. Однако есть все основания по­лагать, что перед техникой открываются но­вые удивительные перспективы.

* * *

Мы рассказали здесь лишь о некоторых областях применения радиоэлектроники. О дру­гих специальностях электронных приборов вы можете узнать, прочитав статьи раздела «Ав­томатика», статьи «Машины-математики», «Ма­шины-переводчики», «Машина обучает», «Пры­гающие» электроны», а также статью «Электрон­ные вычислительные машины» в т. 2 ДЭ.