1 绪论

1。1 分子自组装From~优Y尔R论^文W网wWw.YoUeRw.com 加QQ7520.18766

近年来，我们通过硅，锗，砷化镓等无机半导体材料来制成电子器件，这些器件逐渐成为人们生活中不可缺少的一部分。人们通过“自上而下”的方法制备了真空二极管、晶体管、集成电路、甚至超大规模的集成电路。

“自上而下”法，我们也把其叫作刻蚀法，就是把较大结构的物质利用不同的刻蚀手段把其变成我们所需求的纳米结构，所以，我们也把该技术称为纳米刻印技术。

刻蚀一直都是人们不可忽视的技术。其有两种分类，其一是各项异性刻蚀，另一种是各项同性刻蚀。前者意味着刻蚀具有各向异性，即方向不同并且刻蚀速率也不相同，我们可以凭此构建不同形貌的产物；后者则是不同的晶面却具有相同的刻蚀速度。如今，我们可以通过人为调控，使得刻蚀具有选择性，从而得到我们想要的纳米结构。然而它也具有一定的局限性。

正如戈登·摩尔的著名的摩尔定律所言，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，而集成电路的性能也会随之增加一倍，即性能与数目成正比。但是，当传统的半导体器件进一步发展到线宽小于100纳米时，“自上而下”的制备方法会遇到光刻技术，热效应，电子波粒二象性以及制作成本等方面的限制。因此，近年来，集成电路发展方向上，遭遇了前所未有的挑战。随着“自上而下”的制备方法在纳米级别上有很多局限，“自下而上”的自组装技术应运而生。[1~2]

“自下而上”自组装技术是指分子通过分子间非共价作用力自发组装形成有序的、功能特异的结构的

过程。它是通过利用分子间的弱相互作用的相互协同，分子自发形成在纳米尺度上较复杂的结构体系的一种方法。所以我们可以得到与“自上而下”的方法相比，这种“自下而上”的自组装技术的有着很明显的优点：高效、快捷、操作过程简单、精度高。自组装是最有希望最有代表性的自下而上的构筑纳米结构的方法。事实上，自然界已经采用了类似于自下而上的战略来建筑复杂的功能化的结构。[9]

例如，DNA的双螺旋链的自发组装结合就是通过氢键，A与T通过两个氢键结合，G与C通过三个氢键结合；RNA的转录也是通过特异性分子间氢键识别组装结合实现的，和DNA类似，A与U通过两个氢键结合，G与C通过三个氢键结合。另外，我们也可以了解到蛋白质的二级结构也是多肽链通过通过二硫键和一系列的弱相互作用即氨基酸的残基间的氢键，静电作用，范德华力形成的。蛋白质一级结构的驱动力是共价键，而其余的二，三级结构的驱动力全是比较弱的非共价键，这种弱的相互作用通过彼此的协同，使得结合能不比共价键的差。这种协同作用也是生物分子形成生物膜，细胞，组织并最终产生生命的主要作用。如图1。1所示。[10~12]

图1。1 蛋白质结构图               图1。2 氧化还原型电控分子开关

科学家也通过“自上而下”的方法制备了许多我们原先都不敢想象的分子器件。

例如，发明分子导线，不同种类的分子开关的制备：STM分子开关，电致分子开关，氧化-还原分子开关，光致分子开关等。所谓的分子导线其实就是是分子器件的一个重要组成部分，其必须拥有导电能力，有一定的长度，含有连接点可以连接到我们需要的系统单元，并且可以在端点发生氧化还原反应，并且为了阻止电子传输其他的方向所以周围要和其绝缘。所谓的分子开关其实就是是一种双稳态的分子，我们可以施加光照，氧化还原，酸碱改变等影响，电阻高低的不同分别对应电路的通断，从而分子开关在两种状态可逆转换，如图1。2所示。[4~7,13,23~24]