新動(dòng)態(tài)

近日，北京大學(xué)彭練矛院士以獨(dú)立作者在期刊ACS Nano發(fā)表前瞻性文章，題為“High-Performance Carbon Nanotube Thin-Film Transistor Technology"，指出半導(dǎo)體單壁碳納米管（CNTs）具有理想的電子、化學(xué)和力學(xué)性能，是后摩爾時(shí)代構(gòu)建晶體管的理想通道材料?；谔技{米管（CNT）的平面互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）晶體管可以縮小到10納米以下的技術(shù)節(jié)點(diǎn)，其表現(xiàn)出遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)硅極限的優(yōu)異性能。同時(shí)，CNT電子技術(shù)本質(zhì)上是一種薄膜晶體管技術(shù)，能夠在玻璃、聚合物等基板上構(gòu)建面積達(dá)數(shù)米的芯片，為大面積柔性電子應(yīng)用提供技術(shù)支撐。此外，由于CNT電子技術(shù)僅涉及低溫工藝（低于400℃），因此可以實(shí)現(xiàn)邏輯和存儲(chǔ)器件的單片3D集成，這可以大大提高芯片的綜合性能，使特殊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的性能提升千倍，尤其是在人工智能應(yīng)用中。

團(tuán)隊(duì)相關(guān)研究成果

彭練矛院士團(tuán)隊(duì)首先是突破材料瓶頸，掌握碳納米管制備技術(shù)，研發(fā)出了一整套高性能碳納米管晶體管的無(wú)摻雜制備方法。2017年，團(tuán)隊(duì)制備出柵長(zhǎng)5納米的碳納米管晶體管，這是世界上迄今最小的高性能晶體管，性能接近由量子力學(xué)測(cè)不準(zhǔn)原理決定的理論極限；2018年，團(tuán)隊(duì)發(fā)展出新原理的超低功耗狄拉克源晶體管，為超低功耗納米電子學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，同年，團(tuán)隊(duì)用高性能的晶體管制備出小規(guī)模集成電路，速度達(dá)到5千兆赫茲；2020年，團(tuán)隊(duì)制備出達(dá)到大規(guī)模碳基集成電路所需的高純、高密碳納米管陣列材料，并采用這種材料首先實(shí)現(xiàn)了性能超越硅基集成電路的碳納米管集成電路，電路頻率超過(guò)8千兆赫，躋身列；2022年，團(tuán)隊(duì)制備了10nm超短溝道彈道二維硒化銦晶體管，實(shí)現(xiàn)了彈道運(yùn)輸，顯示了在下一代互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體技術(shù)中的應(yīng)用潛力；2023年，張志勇-彭練矛聯(lián)合課題組展示了基于陣列碳納米管的90nm節(jié)點(diǎn)晶體管和電路，探索了將碳基晶體管進(jìn)一步縮減到10nm節(jié)點(diǎn)的可能性，具備可以高度集成的能力。另?yè)?jù)悉，目前該團(tuán)隊(duì)研發(fā)的高靈敏碳納米管晶體管氫氣傳感器產(chǎn)品已經(jīng)上市，其探測(cè)限可以達(dá)到0.5ppm，屬于的氫氣傳感器產(chǎn)品，也是世界碳納米管芯片產(chǎn)品。

談起研究的進(jìn)展彭練矛院士表示：“目前，我們基本掌握了碳納米管集成電路制備技術(shù)，能夠在實(shí)驗(yàn)室把碳納米管集成電路加工出來(lái)，性能是目前為止好的，電路頻率比美國(guó)研發(fā)的高了幾十倍。我們的最終目標(biāo)是要讓碳基芯片在10-15年內(nèi)成為主流芯片，廣泛應(yīng)用在大型計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)中心、手機(jī)等主流電子設(shè)備上。"

“碳原子按照六角排布，形成一個(gè)單原子層，這就是石墨烯。而一個(gè)矩形的石墨烯條帶，長(zhǎng)邊對(duì)接卷成一個(gè)卷，就變成碳納米管，直徑一般是1納米左右。碳納米管具有一些奇特的量子效應(yīng)，使其電子學(xué)性能變得非常好、速度快、功耗低。"對(duì)于碳納米管新材料彭練矛院士這樣描述。