Übergang von konventioneller zu molekularer Elektronik
In der konventionellen Silizium-Mikroelektronik ist die Miniaturisierung in den letzten Jahrzehnten deutlich fortgeschritten, was Geschwindigkeit und Leistung deutlich verbessert hat. Dabei sind die Grenzen jedoch fast erreicht, sodass neue Wege gesucht werden. Elektronische Komponenten aus molekularen Bausteinen sind das neueste Konzept, um die Grenzen der Miniaturisierung bei herkömmlichen Siliziumsystemen zu überwinden. In molekularen Systemen können Drähte, Widerstände und Transistoren durch einzelne Moleküle ersetzt werden. Die Forschung in diesem aufstrebenden Bereich ist jedoch fragmentiert, sodass sich das EU-finanzierte Projekt MEKIMI einem neuen Konzept für molekulare Bauelemente, Nanoschaltkreise und Nanoexperimente widmete, um den Übergang von der Mikro- zur molekularen Elektronik voranzutreiben. Schwerpunkt der Forschungen war ein spezielles molekulares elektronisches System – der molekulare QCA-Draht (molecular quantum-dot cellular automata wire, MQCAW) als Vorläufer für weitere molekulare Systeme. Am Bis-Ferrocen-Molekül sollte untersucht werden, wie es die Übertragung von Elektronen beschleunigen kann, einer in der molekularen Elektronik kritischen Eigenschaft, die in Ab-initio-Modellen simuliert wird. Den Ergebnissen zufolge kann das Molekül Informationen für Nanoroboter zuverlässig übertragen und demonstriert gute Beweglichkeit der Ladungsträger bei der Oxidation sowie gutes Taktverhalten. Das Team untersuchte dann das Verhalten von Bis-Ferrocen auf echtem Goldsubstrat. Die Ergebnisse liefern wichtigen Aufschluss über Einschränkungen bei der Oberflächenqualität während der Herstellung von MQCAW-Teilkomponenten. Simulationen von MQCAW-Subsystemen zeigten, welche Strukturen die Moleküleigenschaften beim Einschreiben und/oder Taktgeben beeinflussen könnten. Weiterhin beschäftigten sich die Forscher mit einer neuen Methode zur Herstellung der Host-Elektroden für das Molekül sowie Erzwingung eines Eingangsfeldes und externen Mehrphasentakts. Ein völlig neues Verfahren wurde zur Herstellung von nanodimensionierten Nanodrähten konzipiert, mit deutlich höherer Auflösung als bei bisherigen Herstellungsverfahren. Die neue Teststruktur ist Grundlage für komplexere MQCAW-Konzepte und alle anderen Molekülsysteme mit sehr dünnen Elektroden. Indem erstmals mehrere Simulationswerkzeuge für Analysen der molekularen Selbstorganisation und des Zusammenhangs zwischen molekularem Verhalten und Steuerelektroden kombiniert wurden, könnten Analysen nicht nur von MQCAW, sondern auch von anderen molekularen Strukturen sehr viel genauer machen. Das umfassende Modellkonzept für MQCAW ist ein neues Paradigma verglichen mit der bisherigen Simulation molekularer Elektronik.
Schlüsselbegriffe
Molekulare Elektronik, Mikroelektronik, MEKIMI, molekulare QCA-Drähte, Nanorobotik
