北京大學(xué)在碳納米管集成電路領(lǐng)域取得重要進(jìn)展

北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院電子學(xué)系、納米器件物理與化學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室丁力博士和張志勇副教授作為共同第一作者所撰寫(xiě)的研究論文CMOS-based carbon nanotube pass-transistor logic integrated circuits，于2012年2月14日在《自然》子刊《自然.通訊》上全文發(fā)表。該文章報(bào)道了彭練矛教授研究團(tuán)隊(duì)在碳納米管集成電路領(lǐng)域取得的重要進(jìn)展?；瘜W(xué)與分子工程學(xué)院李彥教授和美國(guó)杜克大學(xué)劉杰教授為該研究工作提供了碳納米管材料。

　　在大量前期工作的基礎(chǔ)上，丁力和張志勇率先在碳管電路設(shè)計(jì)方面進(jìn)行探索，找到了能夠充分發(fā)揮碳納米管器件性能特點(diǎn)的電路構(gòu)建方式——傳輸晶體管邏輯（PTL）電路。他們通過(guò)自主開(kāi)發(fā)的無(wú)摻雜技術(shù)在碳管上制備出高性能的CMOS器件，并采用PTL方式構(gòu)建電路，大大提高單個(gè)晶體管的效率，從而簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)。在單根碳納米管上制備出“與”、“或”、“異或”等基本邏輯門電路，并構(gòu)建出全加器（如下圖）、編碼/譯碼電路以及D鎖存器電路，使得碳管集成電路的規(guī)模和功能直接面向CPU中的核心部件——邏輯運(yùn)算單元，并且電路可以工作在低達(dá)0.4 V的電壓下，從而相對(duì)于硅基技術(shù)顯示出明顯的低功耗優(yōu)勢(shì)。

基于單根碳納米管構(gòu)建的全加器電路

　　該工作為碳管規(guī)模集成電路找到一種實(shí)現(xiàn)方式，在單根碳管集成電路規(guī)模和功能方面取得巨大突破，為進(jìn)一步探索碳納米管在電路方面的潛力提供了研究平臺(tái)，將成為碳基電子學(xué)發(fā)展中的一個(gè)重要的里程碑。

　　碳納米管晶體管被認(rèn)為是有可能補(bǔ)充甚至取代硅基CMOS器件、延續(xù)摩爾定律的未來(lái)信息處理元件。經(jīng)過(guò)近十年持之以恒的探索，彭練矛教授研究團(tuán)隊(duì)解決了碳基電子學(xué)領(lǐng)域內(nèi)一系列關(guān)鍵問(wèn)題，包括碳管器件n型歐姆接觸的實(shí)現(xiàn)、性能接近理論極限的n型自對(duì)準(zhǔn)頂柵器件、適合碳基材料的高k柵介質(zhì)材料、無(wú)摻雜高性能碳納米管CMOS集成技術(shù)等等，從2007年起，研究成果陸續(xù)發(fā)表在《納米快報(bào)》（Nano Letters）、《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)納米》（ACS Nano）、《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）、《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials）等頂級(jí)期刊上。