Миниатюризация компонентов микропроцессоров может быт достигнута двумя методами: так называемыми top-down и bottom-up подходами в проектировании. В методах top-down путем оптимизации и улучшения технологии производят интегральные схемы все меньшего и меньшего размера по сравнению с базовой технологией получения рисунка. Методы bottom-up основаны на сборке блоков молекулярного размера для изготовления необходимиого рисунка микросхемы. В идеальном случае совмещают оба метода для получения наименьших размеров интегральных схем. Один из перспективных bottom-up методов позволяет получать линии молекулярной толщины (и, соответственно, рисунки) при химической реакции между определенными молекулами и атомами на поверхности подложки. Основная проблема при этом- контроль направлений, в которых эти линии развиваются.

Большинство микропроцессоров изготавливают из кремния, соответственно, способы нанесения рисунков на поверхности кремниевых подложек имеют первостепенную важность. В статье, опубликованной в журнале Journal of the American Chemical Society (Md. Zakir Hossain, Hiroyuki S. Kato and Maki Kawai. Self-Directed Chain Reaction by Small Ketones with the Dangling Bond Site on the Si(100)-(2 × 1)-H Surface: Acetophenone, A Unique Example,– J. Am. Chem. Soc., 2008, 130 (34), pp. 11518–11523; DOI: 10.1021/ja8033944), исследователи из японского научно-иследовательского института передовых технологий RIKEN показали, что химическая реакция одиночного соединения – простейшего ароматическог кетона – ацетофенона (C6H5C(O)CH3) с поверхностью кремниевой подложки может привести к выращиванию прямых линий из молекул.

Поверхность кремния содержит пары атомов кремния, известные как димеры, которые ориентированы в параллельные ряды. В свое время было показано, что различные молекулы могут формировать прямые линии при реакции с поверхностью кремниевых образцов. Такие прямые линии рисунка были получены как вдоль димерных рядов, так и перпендикулярно им. Важно отметить, что до настоящего времени направления выращивания этих линий зависело только от молекулы, вступающей в реакцию с поверхностью кремниевой подложки.

Поверхность кремния подготавлена благодаря реакции с атомарным водородом, которая результируется в водородные химические связи практически по всей поверхности. Тем не менее, некоторые атомы кремния не вступают в реакцию с водородом, образуя так называемые «повисшие связи» (dangling bond sites), которые сами по себе очень реактивны. Молекула ацетофенона вступает в реакцию с повисшей связью, но при этом образуется повисшая связь в соседнем димере кремния. Таким образом, формируется цепная реакция, которая создает молекулярную линию на поверхности. Направление, в котором линии молекул продвигаются, зависит от того, где образуется повисшая связь в димере кремния – в том же самом ряду или в параллельном ряду.

Поскольку расстояния между димерами кремния в одном ряду и расстояния между рядами различны, соответственно, имеет место разница в энергии, потребляемой двумя видами возможного роста линии. Геометрия молекулы ацетофенона такова, что он может способствовать росту линий в любом направлении. Поэтому при нанесении рисунка на подложку важным становится создание хиральности (отсутствия симметрии), которое позволяет управлять процессом в двух направлениях, что может оказаться очень перспективным в разработке технологии.

Евгений Биргер