北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院教授張志勇、彭練矛課題組發(fā)展全新的提純和自組裝方法，制備出高密度高純半導(dǎo)體陣列碳納米管材料，并在此基礎(chǔ)上首次開(kāi)發(fā)了性能優(yōu)異的晶體管和電路。5月22日，相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《科學(xué)》。

　　在諸多新型半導(dǎo)體材料中，半導(dǎo)體碳納米管是構(gòu)建高性能互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）器件的理想溝道材料。已公開(kāi)的理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明，碳管CMOS晶體管采用平面結(jié)構(gòu)即可縮減到5納米柵長(zhǎng)，且較同等柵長(zhǎng)的硅基CMOS器件具有10倍的本征性能—功耗綜合優(yōu)勢(shì)。碳納米管集成電路批量化制備的前提是超高半導(dǎo)體純度、順排、高密度、大面積均勻的碳納米管陣列薄膜。長(zhǎng)期以來(lái)，材料問(wèn)題的制約導(dǎo)致碳管晶體管和集成電路的實(shí)際性能遠(yuǎn)低于理論預(yù)期，甚至落后于相同節(jié)點(diǎn)的硅基技術(shù)至少一個(gè)數(shù)量級(jí)。

　　該課題組采用多次聚合物分散和提純技術(shù)得到超高純度碳管溶液，并結(jié)合維度限制自排列法，在4英寸基底上制備出密度為120/微米、半導(dǎo)體純度達(dá)99.99995%、直徑分布在1.45±0.23納米的碳管陣列，從而達(dá)到超大規(guī)模碳管集成電路的需求。基于這種材料，他們批量制備出場(chǎng)效應(yīng)晶體管和環(huán)形振蕩器電路。

　　該項(xiàng)工作突破了長(zhǎng)期以來(lái)阻礙碳管電子學(xué)發(fā)展的瓶頸，首次在實(shí)驗(yàn)中顯示出碳管器件和集成電路較傳統(tǒng)技術(shù)的性能優(yōu)勢(shì)，為推進(jìn)碳基集成電路的實(shí)用化發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

　　相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1126/science.aba5980