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2020-05-27
北京大学信息科学技术学院教授张志勇、彭练矛课题组发展全新的提纯和自组装方法，制备出高密度高纯半导体阵列碳纳米管材料，并在此基础上首次开发了性能优异的晶体管和电路。5月22日，相关研究成果在线发表于《科学》。
在诸多新型半导体材料中，半导体碳纳米管是构建高性能互补金属氧化物半导体（CMOS）器件的理想沟道材料。已公开的理论计算和实验结果均表明，碳管CMOS晶体管采用平面结构即可缩减到5纳米栅长，且较同等栅长的硅基CMOS器件具有10倍的本征性能—功耗综合优势。碳纳米管集成电路批量化制备的前提是超高半导体纯度、顺排、高密度、大面积均匀的碳纳米管阵列薄膜。长期以来，材料问题的制约导致碳管晶体管和集成电路的实际性能远低于理论预期，甚至落后于相同节点的硅基技术至少一个数量级。
该课题组采用多次聚合物分散和提纯技术得到超高纯度碳管溶液，并结合维度限制自排列法，在4英寸基底上制备出密度为120/微米、半导体纯度达99.99995%、直径分布在1.45±0.23纳米的碳管阵列，从而达到超大规模碳管集成电路的需求。基于这种材料，他们批量制备出场效应晶体管和环形振荡器电路。
该项工作突破了长期以来阻碍碳管电子学发展的瓶颈，首次在实验中显示出碳管器件和集成电路较传统技术的性能优势，为推进碳基集成电路的实用化发展奠定了基础。（记者温才妃）
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