最新Science：排列的高密度半导体碳纳米管阵列用于高性能电子器件

木文韬 4年前 (2020-05-22) 12476浏览

【引言】

现代集成电路（ICs）的发展要求场效应晶体管（FET）的规模以提供更高的密度、性能、和能源效率。具有高载流子迁移率的超薄半导体通道可在积极扩展的FET中最大程度地减少短通道效应。单壁碳纳米管（CNT）的能量效率是传统互补金属氧化物半导体（CMOS）FET的10倍，因为电子传输是弹道的，并且CNT具有出色的静电性能。此外，在独立的CNT上构建的原型晶体管（栅极长度短至5 nm）在固有性能和功耗方面都优于Si CMOS晶体管。然而，在类似的技术节点上还没有实现真正性能超过Si CMOS FET的CNT FET，因为用于研究的CNT材料仍远非电子学的理想选择。作为高性能数字电子设备的构建组件，超大规模的CNT FET应在沟道中包含多个半导体CNTs，以提供足够的驱动能力。需要高密度排列的半导体CNT阵列作为制造大规模IC的通道材料。

【成果简介】

今日，在北京大学张志勇教授和彭练矛教授团队等人带领下，与湘潭大学和浙江大学合作，开发了一种多重分散和排序过程，获得了极高的半导体纯度和尺寸限制的自对准（DLSA）程序，在10 cm的硅片上制备出排列整齐的CNT阵列（在9度的对位范围内），其密度可调控为每微米100到200个CNTs。在CNT阵列上制造的顶栅场效应晶体管（FETs）显示出比栅极长度相近的商用硅金属氧化物半导体FET的性能更好，特别是导通电流为1.3 mA/μm，在1 V的电源条件下，每微米的记录电感为0.9 mS（毫西门子），同时使用离子-液体栅极保持了低室温下阈值波动<90 mV/10年。批量制造的顶栅五级环形振荡器的最高振荡频率> 8 GHz。相关成果以题为“Aligned, high-density semiconducting carbon nanotube arrays for high-performance electronics”发表在了Science。