分子是制造下一代设备的最小构建块。其独特的、可定制的属性使其在新兴计算、传感、光学和量子技术中具有前景。但是，将分子整合到功能设备中仍然是一个挑战。传统的半导体制造工艺可能会损坏小而脆弱的分子材料。现在，MIT 研究人员已经开发了一种可扩展的制造技术，可以在不造成损害的情况下将精致的分子材料整合到芯片上的电子设备中。他们的方法扩展了标准半导体制造工艺的能力，以适应分子。研究人员首先使用传统工艺预制设备组件。然后，他们引入分子并利用纳米级表面力来机械地转化所制备的设备，从而在不损坏分子的情况下进行自组装。团队通过使用亚纳米级分子层制备了超过 1,000 个设备来展示他们的技术的强度和可扩展性。分子是小的原子簇，其结构和化学性质可以精确设计。这使得它们的属性可以在广泛的设计空间中进行工程化。一旦将这些分子整合到设备架构中，它们就可以实现下一代电子和计算平台，这些平台更小、更快、更适应性，并且具有更高的性能。要构建一个功能系统，分子构建块需要与其他设备层集成。在电子系统中，一个关键步骤是通过将其与金属表面接口来对分子进行电气接触。然而，传统芯片制造所需的恶劣化学物质和工艺会损坏这些脆弱的分子材料，降低可靠性和性能。为了利用标准制造技术的可扩展性，同时实现处理分子的精度，MIT 研究人员开发了一种解耦的两步方法。他们首先使用标准半导体制造工艺制备所有设备组件，然后在事后将分子材料纳入其中以完成设备的构建。通过将精致材料引入工艺，仅在我们已经制备了主要设备元素之后，我们可以使用通常与这些纳米材料不兼容的传统工艺。研究人员在演示中制备了一个带有两个金属电极的支架，这两个电极由一个精确尺寸的间隙分开。然后，他们在电极表面沉积了分子层。最后，研究人员利用纳米级力来轻轻地将顶电极拉到分子上，形成最终设备的非破坏性方式。这创建了一个自对齐、无损的电气接触到分子。使用力虽然重力是支配我们世界的主要物理力，但在纳米级别上，存在不同的力。其中一个称为毛细力，导致液体被吸入小空间。通过仔细工程化电极的刚度，当含有分子的溶液蒸发时，毛细力会轻轻地将两个金属表面拉到一起，分子被夹在中间。一旦两个电极就位，研究人员必须将它们保持在稳定状态。为此，他们依赖于另一个称为范德华力的纳米级力。范德华力使表面相互吸引。通过控制设备表面积和分子特性，研究人员确保这些力足以在不损坏分子的情况下保持电极在稳定结构中。研究人员使用这种技术制备了超过 1,000 个设备，分子层厚度不到 1 纳米。即使在如此小的尺度上，所制备的芯片也具有高产量的工作设备，平均为 96%。所制备的设备还经受了成千上万次的电气循环而没有显示出任何降解的迹象。这种多功能技术允许对分子设备进行电路和系统级集成，将该领域推向超越单个设备研究的阶段。研究人员通过构建一个分子存储设备的互联数组来展示这一点，该数组可以在下一代计算平台中使用。他们的技术还可以扩展到其他材料和设备架构。在未来，研究人员希望在这个平台上继续研究和开发新的多功能计算和传感设备和系统。博主点评： 本文介绍了 MIT 研究人员开发的一种可扩展的制造技术，可以在不造成损害的情况下将精致的分子材料整合到芯片上的电子设备中。这项技术扩展了标准半导体制造工艺的能力，以适应分子，并具有很高的可靠性和性能。该技术在下一代电子和计算平台中具有广泛的应用前景。