中国碳基半导体核心研究团队三年三篇成果上“科学”杂志

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中国碳基半导体核心研究团队三年三篇成果上“科学”杂志

5月26日,由北京大学电子学系彭练矛院士和张志勇教授团队在国际顶级科学期刊《科学》(“Science”)上发表的研究论文,把碳基半导体技术从实验室研究向工业化应用推进了一大步,该项技术如应用在手机芯片上,至少提速五倍、节电三倍。

此次在国际顶级科学期刊《科学》(“Science”)以长文形式刊登的题为“用于高性能电子学的高密度半导体碳纳米管平行阵列”(“Aligned, high-density semiconducting carbon nanotube arrays for high-performance electronics”)论文,报导了该团队最新发展的多次提纯和维度限制自组装方法,在四英寸基底上制备了密度高达120/微米、半导体纯度超过99.9999%、直径分布1.45±0.23 nm的碳纳米管平行阵列,并在此基础上首次实现了性能超越同等栅长硅基CMOS技的晶体管和电路,突破了长期以来阻碍碳纳米管电子学发展的瓶颈,首次在实验上显示了碳纳米管器件和集成电路相对于传统技术的性能优势,显示了碳纳米管电子学在其他材料中鲜有的优势,为推进碳基集成电路的实用化和工业化发展奠定了基础。

《科学》期刊专注出版重要的原创性科学研究论文,为全世界最权威的学术期刊之一,接收文章的发表率只有不到10%。彭院士和张教授的团队多年致力于发展高性能碳基电子学,已经先后于2017年和2018年先后在《科学》期刊上发表过两篇论文。此次于5月22日《科学》刊发的文章中,阐述了团队克服了碳纳米管电子学领域面临的最大的困难和碳基半导体工业化最大的瓶颈,即基础制备材料中的难题,制备出超高半导体纯度、顺排、高密度、大面积均匀的碳纳米管阵列薄膜,进而制备出高性能的、首次超越相似尺寸的硅基CMOS器件和电路。

论文第一作者为北京大学电子系博士研究生刘力俊和北京元芯碳基集成电路研究院工程师韩杰,张志勇教授和彭练矛院士为文章的共同通讯作者,湘潭大学湖南省先进传感与信息技术创新研究院、浙江大学、北京大学纳光电子前沿科学中心等单位相关研究人员也参与了合作。据悉,该研究已得到国家重点研发计划“纳米科技”重点专项、北京市科学技术委员、国家自然科学基金委等项目资助。

碳基信息器件技术充分利用碳纳米管等新型纳米半导体材料独特的物理、电子、化学和机械优势,有望产生性能优异、功耗低的信息处理芯片,更为灵敏、形态更为丰富的传感器,以及工作频段更高、速度更快的通信芯片,并有望实现这些功能芯片的在片三维集成,构建出性能更高、对抗能力更强的信息处理系统。

据了解,彭院士、张教授带领的团队将在碳基半导体从材料、器件制备、集成电路设计和加工、碳基芯片的应用等方面将多年来的研究成果和国家引导的产业升级项目更紧密的结合起来,我国在碳基信息电子器件领域具有扎实的基础和较强的研究能力,已处于世界先进水平,科研人员建议应充分抓住时间窗口,利用新技术的红利,形成全新的、自主的信息器件技术。文/北京青年报记者 李佳

责任编辑:常林(EK008)

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