原標題：湘大與北大共建的湖南先進傳感與信息技術創新研究院在Science上發表重要成果

近日，湖南先進傳感與信息技術創新研究院張志勇教授和彭練矛院士團隊在碳基集成電路研究方面取得重要進展。5月22日，《Science》以“Aligned, high-density semiconducting carbon nanotube arrays for high-performance electronics”爲題在線發表了該成果（Science,368,6493,850～856）。該項工作首次在實驗上顯示出碳管器件和集成電路較傳統技術的性能優勢，突破了長期以來阻礙碳管電子學發展的瓶頸，爲推進碳基集成電路的實用化發展奠定了基礎。研究院招收的首屆碩士研究生丁素娟作爲文章作者之一，在院長彭練矛、常務副院長張志勇以及特聘教授金傳洪的共同指導下，貢獻了大量表徵和測試工作。

大規模集成電路對碳管材料的要求

隨着主流CMOS集成電路縮減到亞10 nm技術節點，採用新結構或新材料對抗場效應晶體管中的短溝道效應、進一步提升器件能量利用效率變得愈爲重要。半導體碳納米管具有超高的電子和空穴遷移率、原子尺度的厚度和穩定的結構，是構建高性能CMOS器件的理想溝道材料。理論計算和實驗結果均表明，碳管CMOS晶體管採用平面結構即可縮減到5nm柵長，且較同等柵長的硅基CMOS器件具有10倍的本徵性能-功耗綜合優勢。

高密度、高純度半導體碳管陣列的製備和表徵

高性能碳管晶體管

彭練矛院士和張志勇教授帶領研究團隊發展了全新的提純和自組裝方法，採用多次聚合物分散和提純技術得到超高純度碳管溶液，並結合維度限制自排列法，在4英寸基底上製備出密度爲120 /μm、半導體純度高達99.99995%、直徑分佈在1.45±0.23 nm的碳管陣列，從而達到超大規模碳管集成電路的需求，解決了制約碳管晶體管和集成電路的實際性能的關鍵瓶頸。在此基礎上批量製備出場效應晶體管和環形振盪器電路，100nm柵長碳管晶體管的峯值跨導和飽和電流分別達到0.9 mS/μm和1.3 mA/μm（VDD=1V），室溫下亞閾值擺幅爲90 mV/DEC；批量製備出五階環形振盪器電路，成品率超過50%，最高振盪頻率8.06 GHz遠超已公開的基於納米材料的電路，性能超越同等柵長硅基CMOS技術的晶體管和電路，展現出碳管電子學的極大優勢。

碳管高速集成電路

湖南先進傳感與信息技術創新研究院是湖南省人民政府支持下，由北京大學與我校在2018年合作共建的新型研發平臺，旨在建設成爲碳基納米電子器件和新型高端傳感器研究的國家創新中心和國內一流的技術產業推進中心。目前研究院各項工作推進有力，已建成中南地區最先進、國內領先水平的微納器件加工實驗室，引進包括中科院院士、國家優青等一批高端人才，招收了碩士博士研究生20餘名。研究院在碳基氣體傳感器陣列、生物醫療傳感器和柔性電子器件等方面均取得系列重要進展，包括本次science在線的文章，已發表了30餘篇較高水平的學術論文，並與華爲、京東方、旭海光電、中電集團等龍頭企業接洽，積極開展產學研合作，將相關研究成果儘快推向市場。

來源 / 科技處

編輯 / 阮玉蘭

責編 / 丁德鳳

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