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北大成功将碳纳米管从晶体管推向大规模集成电路,成品率100%
柏岩 2016-08-08
导语

北京大学信息彭练矛-张志勇教授课题组通过对碳纳米管材料、器件尺寸与结构、制备工艺的优化,实现了成品率100%的碳纳米管晶体管批量制备,将碳纳米管从晶体管推向集成电路。

半导体碳纳米管是未来集成电路的潜在信息器件,成品率等是限制因素

半导体碳纳米管具有超高的载流子迁移率和极小的直径,是构建亚10nm场效应晶体管和集成电路的理想沟道材料。理论研究表明,与传统的半导体器件和集成电路相比,在10nm技术节点以下,碳纳米管器件和集成电路在速度、功耗方面具有巨大优势,因此被认为是未来最有可能替代现有硅基CMOS(互补金属氧化物半导体)集成电路、延续摩尔定理的信息器件技术之一。

经过近20年的研究,碳纳米管电子学在器件物理、器件制备和优化、简单集成电路和系统演示方面取得长足进展。然而,由于受限于材料和加工工艺问题,碳纳米管晶体管的制备规模、成品率和均匀性始终难以达到较高水平,限制了碳纳米管集成电路技术进一步向产业化发展。

北京大学实现成品率100%的批量制备

北京大学信息科学技术学院、纳米器件物理与化学教育部重点实验室彭练矛-张志勇教授课题组针对如何将碳纳米管从晶体管推向集成电路的世界性难题开展系统研究,并于近期取得重要进展。课题组成员、信息学院博士研究生陈冰炎等通过对碳纳米管材料、器件尺寸与结构、制备工艺的优化,实现了成品率100%的碳纳米管晶体管批量制备。相关研究论文以《高均匀性碳纳米管场效应管与中等规模集成电路》为题,在线发表于美国化学会重要期刊《纳米快报》。

统计测量结果表明,器件具有良好的性能均匀性,特别是其阈值标准偏差低至34mV,已接近商用65nm技术节点硅基CMOS晶体管的水平。根据碳纳米管晶体管的性质,他们设计和构建了一系列逻辑门、锁存器、移位器等电路基本单元,使其可在较低电压下工作,并实现了轨对轨(rail-to-rail)输出;以此为基础,在世界上首次实现了碳纳米管四位全加器电路和两位乘法器电路,其中四位加法器逻辑深度为12,包含140个晶体管,是目前集成度最高、复杂性最强的碳纳米管集成电路。受益于对器件均匀性的良好控制,碳纳米管集成电路全部可实现1~2V的单一电源供电。以上结果均显示出碳纳米管技术已具备制作大规模集成电路的能力,有望大大加快碳纳米管集成电路的实用化进程。

该项研究得到科技部、国家自然科学基金委员会、北京市科学技术委员会等单位的资助。所用高纯半导体碳纳米管材料由中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所的李清文研究员课题组提供。

文章链接:

Bingyan Chen, et al, "Highly Uniform Carbon Nanotube Field-Effect Transistors and MediumScale Integrated Circuits," Nano Lett., DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b02046

彭练矛教授简介:

北京大学信息科学技术学院教授,Email:lmpeng@pku.edu.cn

个人主页:点击此处进入

研究方向:(1)纳米电子及功能材料的合成;(2)基于纳米材料的高性能电子、光电子器件的制备,器件物理,纳米集成电路的实现和系统集成;(3)纳米器件在化学、生物传感及能源方面的应用。

(本文信息来源:北京大学网站;由e科网整理编辑)

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文章评论(1)
爬上海岸的鱼[SYNNEX China]

不错,尽快产业化

775天前 | 回复
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作者 柏岩

硕士生

北京航空航天大学

活跃作者
  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科


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