​碳纳米管芯片技术

可用于计算机及智能手机芯片、新一代柔性集成电路、医用可穿戴传感器、显示屏驱动器、军用抗辐照芯片等。

从2001年开始，北京大学团队在国家“973”计划、重大科学研究计划和国家重点研发计划项目，国家基金委创新研究团队和北京市科委连续6年的支持下，在碳基电子器件相关材料和制备工艺的研究中取得一系列突破性进展，发展了一整套碳纳米管CMOS集成电路和光电器件的无掺杂制备新技术。该技术的核心为放弃掺杂，通过控制电极材料达到选择性地向晶体管注入电子或空穴，实现晶体管极性的控制。团队首次实现了5纳米栅长的碳纳米管CMOS晶体管，由此证明了在亚10nm的技术节点，碳纳米管晶体管在性能和功耗综合指标上较最先进的硅基CMOS器件具有10倍以上的优势，并接近由量子测不准原理决定的电子器件理论极限(Science,2017, 355:271)。此外，团队发展并采用在完整硅晶片或标准显示玻璃面板上规模制备高纯碳纳米管薄膜技术，制备出速度达到单晶硅水平的5.54GHz环振电路(Nature Electronics, 2018, 1:40)和中等规模的高性能碳基CMOS集成电路（ACS Nano, 2017, 11:4124）。2018年，团队针对功耗已经成为当今集成电路的发展的瓶颈现状，重新审视了传统晶体管功耗的物理极限，提出并制备了一种新型超低功耗晶体管—狄拉克源晶体管（Science 2018，361：387），该技术采用具有特定掺杂的狄拉克半金属（石墨烯）作为源端，实现了超越常规金属和半导体的“冷”电子源，大幅降低了传统晶体管工作所需驱动电压，为超低功耗纳米电子学的发展奠定了基础，极大推进了碳纳米管集成电路的竞争力和实用化发展。