当芯片中的芯片隙口晶体管已经缩小到数纳米，后续沿着传统路线不断缩小器件，更小个成功率正变得越来越不易。分塞过去几十年，进电极缝探究人员一直在寻找新的气造器件材料，希望突破硅所面临的出多物理和制造极限，分子电子学（Molecular Electronics）便是纳米其中一条题探索方向。科学家很早就发现，电学一些分子不仅能够传输电子，原晶易订阅还可以在不一样状态之间切换，体管具有成为电子器件的芯片隙口基础。如果这些尺寸仅有几纳米甚至不足 1 纳米的更小个成功率分子能够稳固集成到芯片中，未来的分塞电子器件有望进一步缩小，并获得传统硅材料难以实现的进电极缝新功能。然而，气造对于这个想法来说，真正的不易并不在于找到这样的分子，而是如何把它们制造出来。传统半导体工艺中的光刻、刻蚀、金属沉积和化学处理，都可能破坏这些脆弱的分子层，使它们难以走出实验室。8 月 3 日，麻省理工学院探究团队在 Nature Nanotechnology 发表探究，提出了一种新的制造平台。探究人员先利用常规半导体工艺实现电极和支撑结构，再在最后时期加入分子，借助纳米尺度的表面功能力让器件自行闭合。团队由此制造了超过 1,000 个分子电子器件，平均良率实现 96%，器件经过数万次电学循环后仍未出现明显退化。探究人员还将多个分子存储器连接成阵列，实现了初步的电路级验明正身。这项工作的题，并非发现一种新的分子，而是提出了一套能够兼容现有半导体工艺的制造方式，使分子电子器件最初具有规模制造和系统集成的可能。（来源：MIT News）一个分子，为什么能成为电子器件？芯片中的电子器件，本质上承担着控制电子运动的任务。导线让电子通过，二极管限制电流方向，晶体管控制电路通断，存储器则利用不一样的电学状态保存材料。只关键一种材料或结构能够实现这些功能，就有机会成为器件的一部分。分子同样具有自己的电子结构。它由多个原子按照特定方式连接而成，内部电子分布在一系列分子轨方式和能级中。当一个分子被夹在两个金属电极之间，电子可能从一侧电极进入分子，再移动到另一侧。电子通过的难易程度，取决于分子的组成、形状、首先度、化学键以及它与金属表面的连接方式。（来源：Nature Nanotechnology）这种电子性质还可以通过化学合成开展调节。变化分子中的原子种类、官能团或空间结构，频仍会变化它对电子的传输能力。有些分子适用于充当导电通方式，有些具有类似二极管的整流功能，还有一些可以在两种稳固状态之间切换，并在外部电压消失后保留目前状态，用来表示数字材料中的“0”和“1”。1974 年，IBM 探究员 Arieh Aviram 和纽约大学化学家 Mark Ratner 提出，可以设方式一种由单个有机分子构成的整流器，使电流更那么点儿沿一个方向通过。这项理比如工作后来被视为现代分子电子学的题起点。此后数十年间，分子导线、分子开关、分子晶体管和分子存储器相继在实验室中得到验明正身。分子电子学受到关注，先是因为分子极小。许多分子的尺度只有几纳米，部分分子层的厚度甚至不足 1 纳米。假如这些结构能够稳固承担电子功能，器件尺寸便有机会进一步向原子尺度靠近。分子的价值也不只有尺寸上的好处。硅晶体管的性能题通过几何结构、材料组合和掺杂等方式调节，分子则可以从化学结构最初设方式。探究人员能够为其加入光敏、磁性、氧化还原或环境响应特性，使器件在受到光、电场、磁场或特定化学物质刺激后变化状态。这样的材料可能同时承担方式算、存储和感知功能，为存内方式算、神经形态方式算、光电子和量子器件给予新的设方式空间。然而，说明一个分子可以导电，与制造一套可靠的分子电路之间，仍隔着复杂的工程环节。由于分子层极薄，当被夹在两个金属电极之间时，电极间距的细微变化、分子的排列方向、界面污染以及分子和金属之间的成键方式，都会明显变化电子传输性能。对常规芯片而言可以忽略的制造误差，到了分子尺度可能直接决定器件能否工作。制造流程本身也会带来损伤。现代半导体工业依靠光刻、刻蚀、薄膜沉积和清洗逐层构建芯片，其中可能包含高温、强反应性化学物质和快捷粒子。这些工艺适用于加工硅、金属和氧化物，却可能让有机分子发生分解、变形或污染。分子电子学过去首先期停留在单器件探究时期，很大程度上源于这种矛盾：探究人员能够设方式出具有电子功能的分子，却很难在保持其结构完善的同时，制造出均匀、稳固且可以大量复制的电极接触。先造芯片，再放分子照章性这一困难，MIT 团队将传统半导体加工和分子集成拆成了前后两个时期。探究人员先采取常规芯片工艺实现金属电极和器件支撑结构的制造。此时，器件的大部分结构已经成形，但上下两层电极之间仍保留一条狭窄间隙。等到光刻、刻蚀和材料沉积等加工全部结束后，探究人员才将分子溶液沉积到电极表面。这样，脆弱的分子无需经历高温、化学处理等制造流程，只参与最后一步组装。随后，随着溶液蒸发，毛细力（Capillary Force）将上层电极缓慢拉向下层电极，使分子层被夹在两块金属之间；电极闭合后，范德华力（van der Waals Force）进一步将两者稳固固定，形成可靠的电学接触。整个流程无需直接加工最后形成的亚纳米间隙，而是利用表面功能力实现自对准和自组装，从而减小传统制造可能带来的位置误差和材料损伤。（来源：Nature Nanotechnology）这种设方式既保留了现有半导体工艺的大规模制造能力，又把传统“自上而下”的芯片制造与分子“自下而上”的自组装结合到同一套步骤中，使分子电子器件首先次具有了兼容现有半导体制造体系的可能。团队利用这一方式制造了超过 1,000 个分子电子器件，其中分子层厚度不足 1 纳米。正常工作的器件平均良率实现 96%，部分芯片实现 99%，器件经过数万次电学循环后仍保持稳固工作，显示出较好的稳固性和相同性。（来源：Nature Nanotechnology）探究人员随后又将多个具有存储功能的分子器件组成交叉阵列（Crossbar Array），并实现了向量—矩阵乘法（Vector-Matrix Multiplication，VMM）验明正身。这意味着，这项工作已经不再停留于说明单个分子器件能够工作，而最初验明正身多个分子器件能否共同构成具有实际功能的电路，为分子电子器件的系统集成迈出了首先步。分子器件将如何进入芯片？从目前来看，从 1,000 个实验器件发展到商业芯片中的数十亿个晶体管，仍有很首先距离。这项探究题说明了制造方式的可行性，尚未说明分子器件能够在运算高效度、能耗、成本和寿命等部分完善超越先进硅晶体管。真正走向产业，还需处理晶圆级制造相同性、首先期稳固性、封装、批量生产以及与 CMOS 控制电路协同工作等状况。分子器件对界面和环境十分敏感，实验室中的稳固谝，并不意味着能够直接采取于消费电子、数据中心或工业设备。因此，分子材料未来更可能先作为硅芯片的补充，而不是替代者。硅晶体管后续负责逻辑运算和控制，分子器件则承担高密度存储、化学感知、光学响应等传统材料不擅首先的功能，两者共同组成更加丰富化的芯片系统。这也顺应近年来半导体产业不断发展的异质集成（Heterogeneous Integration）路线。然而，这项工作的意义或许还不止于分子电子学。探究团队认为，这套制造平台真正处理的是“如何把脆弱的新材料集成进芯片”这一共性状况。未来，无比如是纳米材料还是量子材料，只关键无法承受传统半导体加工流程，都有机会在芯片制造实现后再被引入，并利用表面功能力实现器件组装。换句话说，这项技术不仅为分子电子器件给予了一条制造馗，也可能为更多新材料进入芯片打开新的可能。1.https://news.mit.edu/2026/turning-molecules-into-reliable-electronic-devices-08032.https://www.nature.com/articles/s41565-026-02227-93.https://www.nature.com/articles/s41565-026-02234-w4.https://www.nature.com/articles/nnano.2013.1165.https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/0009261474850311运营/排版：何晨龙注：封面/首先图由 AI 辅助生成