一種單分子結邏輯門的製作方法
2023-06-02 12:21:01
一種單分子結邏輯門的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種單分子結邏輯門，包括：邏輯門單分子結、正電極、負電極、雷射裝置和分子結邏輯門讀出裝置，邏輯門單分子結的兩端分別與正電極和負電極電性連接，所述雷射裝置設置在電極正上方，分子結邏輯門讀出裝置設置在邏輯門單分子結的一側並靠近邏輯門單分子結布置，所述雷射裝置的發射端指向邏輯門單分子結，所述雷射裝置發射雷射為633納米雷射。本發明實現了電學控制條件下微尺度邏輯門單分子結的邏輯運算，且邏輯門單分子結具有極高的邏輯運算速率及響應能力，同時，該邏輯門單分子結提供真正意義的單分子運算能力，成為取代矽半導體技術的重要基礎。
【專利說明】一種單分子結邏輯門
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種邏輯器件，特別是涉及一種單分子結邏輯門。
【背景技術】
[0002]邏輯門是在集成電路上的基本組件，現在人們廣泛使用的計算機，主要是矽半導體集成電路，對於傳統的矽半導體集成電路，其運算能力與半導體單元的尺寸高度相關，當半導體密集到一定程度時，電路會產生難以克服的過熱和交叉幹擾。進一步縮小電子傳導線寬，縮小計算機體積，降低成本和功耗並提高運算速度，從理論上和工藝上都幾近極限，近年來，科學家不斷嘗試各種納米粒子方法及概念，試圖代替矽半導體作為邏輯門的概念，一方面，儘管有一系列納米粒子方法通過引入納米粒子或光照可以實現相應的信息讀取，進而具備邏輯門運算能力，然而這一類方式並不能有效實現在微尺度下的同時進行信息輸入與信息讀取的方式，同時其信息讀取高度依賴液相環境來實現。所述導電分子結概念是最近剛剛被科學家提出的一種基於單個有機小分子通過絡合作用構築在兩個電極之間的半導體結，這一類分子結作為計算單元具有潛在的實現分子水平上的邏輯操作，從而實現10納米以下的半導體製備工藝要求，然而目前的研究主要集中於其對分子結電流電壓特性的研究，因此雖然有一些關於分子開關的報導，但是這一類分子結邏輯門並沒有良好地信號輸出能力。
【發明內容】
[0003]本發明主要解決的技術問題是提供一種單分子結邏輯門，通過控制單分子結上施加電壓來實現控制其拉曼信號來實現相應的邏輯運算，使其比傳統矽半導體具有更微小尺度，成功解決傳統半導體難以克服的過熱和交叉幹擾。
[0004]為解決上述技術問題，本發明採用的一個技術方案是:提供一種單分子結邏輯門，包括:邏輯門單分子結、正電極、負電極、雷射裝置和分子結邏輯門讀出裝置，邏輯門單分子結的兩端分別與正電極和負電極電性連接，所述雷射裝置設置在電極正上方，分子結邏輯門讀出裝置設置在邏輯門單分子結的一側並靠近邏輯門單分子結布置，所述雷射裝置的發射端指向邏輯門單分子結，所述雷射裝置發射雷射為633納米雷射。
[0005]在本發明一個較佳實施例中，所述分子結邏輯門讀出裝置為拉曼光學檢測裝置。
[0006]在本發明一個較佳實施例中，所述正電極和負電極連接有電源，所述電源輸出大小可控的電壓。
[0007]在本發明一個較佳實施例中，所述邏輯門單分子結作為邏輯門最小單元在非液相條件下進行邏輯門運算。
[0008]在本發明一個較佳實施例中，施加在邏輯門單分子結兩端的電極上的電壓作為第一輸入信號；雷射裝置發射雷射為633納米的雷射從邏輯門單分子結正上方來照射邏輯門單分子結作為第二輸入信號；將單分子結是否具有拉曼光學信號作為輸出信號，第一輸入信號的正負電壓由正電極和負電極輸入、第二輸入信號經雷射裝置輸入並照射邏輯門單分子結並由邏輯門單分子結進行邏輯運算，邏輯運算結果再以光學輸出方式輸出。
[0009]本發明的有益效果是:本發明一種邏輯門單分子結邏輯門實現了電學控制條件下微尺度邏輯門單分子結的邏輯運算，邏輯門單分子結具有極高的邏輯運算速率及響應能力，運算速度快；本發明解決現有的矽半導體【技術領域】中的過熱和交叉幹擾等問題；同時，該邏輯門分子結提供真正意義的單分子運算能力，成為取代矽半導體技術的重要基礎。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖，其中:
[0011]圖1是本發明的單分子結邏輯門一較佳實施例的結構示意圖；
[0012]圖2是本發明的單分子結邏輯門一較佳實施例的分子結電流電壓曲線；
[0013]圖3本發明的單分子結邏輯門一較佳實施例的不同電壓下的分子結拉曼光譜信號;
[0014]圖4本發明的單分子結邏輯門一較佳實施例的分子結高度。
[0015]附圖中各部件的標記如下:1、邏輯門單分子結，2、正電極，3、負電極，4、雷射裝置。
【具體實施方式】
[0016]下面將對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0017]請參閱圖1至圖4，本發明實施例包括:
[0018]一種單分子結邏輯門，包括:邏輯門單分子結1、正電極2、負電極3、雷射裝置4和分子結邏輯門讀出裝置，邏輯門單分子結的兩端分別與正電極2和負電極3電性連接，所述雷射裝置4設置在電極正上方，分子結邏輯門讀出裝置設置在邏輯門單分子結的一側並靠近邏輯門單分子結布置，所述雷射裝置4的發射端指向邏輯門單分子結，所述雷射裝置4發射雷射為633納米雷射。
[0019]所述分子結邏輯門讀出裝置為拉曼光學檢測裝置，有效檢測邏輯門輸出。
[0020]所述正電極2和負電極3連接有電源，所述電源輸出大小可控的電壓。
[0021]所述邏輯門單分子結作為邏輯門最小單元在非液相條件下進行邏輯門運算，使之具有良好的實用性。
[0022]施加在邏輯門單分子結兩端的電極上的電壓作為第一輸入信號；雷射裝置發射雷射為633納米的雷射從邏輯門單分子結正上方來照射邏輯門單分子結作為第二輸入信號；將單分子結是否具有拉曼光學信號作為輸出信號，第一輸入信號的正負電壓由正電極和負電極輸入、第二輸入信號經雷射裝置輸入並照射邏輯門單分子結並由邏輯門單分子結進行邏輯運算，邏輯運算結果再以光學輸出方式輸出。
[0023]單分子邏輯門原理:
[0024]如圖1所示，邏輯門單分子結由於巰基的絡合作用通過自組裝的方式在金薄膜表面形成一層稀疏的自組裝膜。另一方面，通過壓電陶瓷的控制，邏輯門單分子結另一端的巰基與一個金原子級別的尖銳針尖鍵合，從而實現了邏輯門單分子結的構築行為。該部分所有實驗在10_4帕條件下完成。該邏輯門單分子結為本發明的基本邏輯運算單元。通過兩端電極對該邏輯門單分子結輸入第一輸入信號，通過雷射對該邏輯門單分子結輸入第二輸入信號。
[0025]通過在針尖與金基底間施加從-1.8V到1.8V持續變化電壓，可以得到具有半導體特性的電流-電壓曲線。這一曲線標誌穩定邏輯門單分子結的構築成功，同時反映邏輯門單分子結電學特徵如圖2所示。同時，可以發現當電壓大於0.8伏時，其dl/dV曲線表現出電荷注入及隧穿的行為。通過兩端電極，該邏輯門單分子結與外部迴路構成一套完整半導體控制電路。通過控制電壓作為輸入信號，可以控制邏輯門單分子結的分子構型行為。與此同時，633納米雷射經過一系列光路最終通過作為電極的針尖被引入邏輯門單分子結中，並進一步通過近場增強的原理，使邏輯門單分子結產生拉曼光譜。我們將拉曼信號作為輸出信號。該拉曼光譜強弱將取決於邏輯門單分子結內部的分子構型如圖4所示，而其分子構性將取決於電極兩端施加的電壓。
[0026]如圖1所示，在紅光雷射裝置照射下，當邏輯門單分子結上的施加電壓是OV時，拉曼光譜分析儀無法檢測到邏輯門單分子結的拉曼信號；當邏輯門單分子結上施加電壓大於IV時，拉曼光譜分析儀可以檢測到邏輯門單分子結的拉曼信號；通過控制邏輯門單分子結的施加電壓，可以控制該邏輯門單分子結邏輯門，實現邏輯控制。
[0027]例如定義邏輯門單分子結施加電壓為輸入信號1，不施加電壓為輸入信號O ;定義引入紅光雷射裝置照射為輸入信號1，無雷射裝置照射為輸入信號O ;定義上述邏輯門單分子結出現拉曼光譜信號為1，不出現拉曼光譜信號為0，則該邏輯門是「與」邏輯門。
[0028]又例如定義邏輯門單分子結施加電壓為輸入信號0，不施加電壓為輸入信號I ;定義引入紅光雷射裝置照射為輸入信號0，無雷射裝置照射為輸入信號I ;定義上述邏輯門單分子結出現拉曼光譜信號為0，不出現拉曼光譜信號為1，則該邏輯門是「或」邏輯門。
[0029]本發明單邏輯門單分子結邏輯門的有益效果是:
[0030]一、門實現了電學控制條件下微尺度邏輯門單分子結的邏輯運算，且具有極高的邏輯運算速率及響應能力；
[0031]二、解決現有的矽半導體【技術領域】中的過熱和交叉幹擾等問題；
[0032]三、同時，該邏輯門單分子結提供真正意義的單分子運算能力，成為取代矽半導體技術的重要基礎。
[0033]以上所述僅為本發明的實施例，並非因此限制本發明的專利範圍，凡是利用本發明說明書內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其它相關的【技術領域】，均同理包括在本發明的專利保護範圍內。
【權利要求】
1.一種單分子結邏輯門，包括:邏輯門單分子結、正電極、負電極、雷射裝置和分子結邏輯門讀出裝置，邏輯門單分子結的兩端分別與正電極和負電極電性連接，所述雷射裝置設置在正電極正上方，分子結邏輯門讀出裝置設置在邏輯門單分子結的一側並靠近邏輯門單分子結，所述雷射裝置發射雷射為633納米的雷射從邏輯門單分子結正上方來照射邏輯門單分子結。
2.根據權利要求1所述的單分子結邏輯門，其特徵在於，所述分子結邏輯門讀出裝置為拉曼光學檢測裝置。
3.根據權利要求1所述的單分子結邏輯門，其特徵在於，所述邏輯門單分子結作為邏輯門最小單元在非液相條件下進行邏輯門運算。
4.根據權利要求1所述的單分子結邏輯門，其特徵在於，施加在邏輯門單分子結兩端的電極上的電壓作為第一輸入信號；雷射裝置發射雷射為633納米的雷射從邏輯門單分子結正上方來照射邏輯門單分子結作為第二輸入信號；將單分子結是否具有拉曼光學信號作為輸出信號，第一輸入信號的正負電壓由正電極和負電極輸入、第二輸入信號經雷射裝置輸入並照射邏輯門單分子結並由邏輯門單分子結進行邏輯運算，邏輯運算結果再以光學輸出方式輸出。
【文檔編號】H03K19/173GK104202039SQ201410406196
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月19日 優先權日:2014年8月19日
【發明者】畢海 申請人:蘇州華萊德電子科技有限公司