随着半导体制造特征尺寸进入纳米数量级，研究表明，单品硅片上生产大规模集成电路器件的技术已接近极限。，如何才能使以计算机技术为代表的现代电子进一步发展呢？希望寄托在新材料的突破，分子电子材料形成的分子元器件就是这种希望之所在。
    1．分子器件原理
    许多含π键的有机允子可以用作分子电子器件，苯分子就是一个典型的例子(图4.2.14)。苯分子中6个碳原子构成一个正六边形的环，每个碳原子外接一个氢原子，碳原子环构成共轭π键具有良好的导电性能。苯分子线度（两个最远的氢原子间距）约为0. 5nm。化学家可以把这两个在一条直线上的氢原子用硫原子(S)取代，以便与金(Au)导线相连接。用量子力学原理可以计算得到孤立的苯硫醇分子的电子能级是一系列不同能级，从而形成电子器件的电子或空穴导电现象；通常可用外加光、电场调控分子的部分结构，或用横向门电压来改变分子能级位置，进而达到控制分手电流的目的。

    2．分子材料与器件
    1)分子开关
    开关，是以二进制为基础的数字技术的主要基础器件之一。要在分子水平上研制分子计算机，分子开关是十分关键的。目前已经通过分子纳米技术在实验室研制出分子级DRAM，芯片截面积仅为头发截面积的二十五分之一。采用分子电子材料制造芯片，同样的面积内的开关电路容量和功耗分别是传统芯片的万倍和万分之一。
    2)分子导线
    分子器件的连接导线也不是传统金属导体所能胜任，而需要分子导线实现互连。现分子导线的方案有盘状液晶、离子传导隧道和脱氧核糖核酸等，如图4.2.15所示是以脱氧核糖核酸为基本单元的分子导线示意图，由于人脑的信息存储与传递的基本“元件”就是由核酸构成的，因而该方案可能很有应用前景。

                
    3)分子二极管
    二极管是诞生最早的电子器件之一，应用非常广泛。利用单个分子构造具有特定功能的电子器件是纳米电子学的重要研究方向之一，目前已经研制出具有整流作用的分子二极管，如图4.2.16所示。
    4)分子电路
    将分子元器件按要求通过分子导线连接起来就构成分子电路，如图4.2.17所示。

           
    
    3．分子电子学
    有关分子材料和分子器件的研究已经形成电子学的一个新分支——分子电子学。分子器件主要研究分子导线、分子开关、分子整流器、分子存储器、分子电路、分子电子芯片等，与传统的固体电子器件相比，分子器件具有很多优点。分子电子芯片的尺寸比目前的  硅芯片小3个数量级；一个同样体积的分子芯片具有比通常芯片高出几百万倍的计算能力；在不明显增加成本的前提下，由于集成度的提高，计算速度也会大大提高。而通过自组装方式构造分子器件，可成功解决有机功能分子与界面的接触问题及界面接触导致的测量误差问题。
    分子材料主要研究哪些材料能够用于制作分子器件、材料的制备方法及性能测试等。这两类基本问题是相辅相成、密不可分的。如何将分子材料与分子器件的研究有机结合，并协调发展，是分子电子学研究的精髓，也是推动分子电子学发展的动力。    JS28F256M29EWH

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