最新Science：排列的高密度半導體碳納米管陣列用于高性能電子器件

木文韜 3年前 (2020-05-22) 12073瀏覽

【引言】

現代集成電路（ICs）的發展要求場效應晶體管（FET）的規模以提供更高的密度、性能、和能源效率。具有高載流子遷移率的超薄半導體通道可在積極擴展的FET中最大程度地減少短通道效應。單壁碳納米管（CNT）的能量效率是傳統互補金屬氧化物半導體（CMOS）FET的10倍，因為電子傳輸是彈道的，并且CNT具有出色的靜電性能。此外，在獨立的CNT上構建的原型晶體管（柵極長度短至5 nm）在固有性能和功耗方面都優于Si CMOS晶體管。然而，在類似的技術節點上還沒有實現真正性能超過Si CMOS FET的CNT FET，因為用于研究的CNT材料仍遠非電子學的理想選擇。作為高性能數字電子設備的構建組件，超大規模的CNT FET應在溝道中包含多個半導體CNTs，以提供足夠的驅動能力。需要高密度排列的半導體CNT陣列作為制造大規模IC的通道材料。

【成果簡介】

今日，在北京大學張志勇教授和彭練矛教授團隊等人帶領下，與湘潭大學和浙江大學合作，開發了一種多重分散和排序過程，獲得了極高的半導體純度和尺寸限制的自對準（DLSA）程序，在10?cm的硅片上制備出排列整齊的CNT陣列（在9度的對位范圍內），其密度可調控為每微米100到200個CNTs。在CNT陣列上制造的頂柵場效應晶體管（FETs）顯示出比柵極長度相近的商用硅金屬氧化物半導體FET的性能更好，特別是導通電流為1.3?mA/μm，在1?V的電源條件下，每微米的記錄電感為0.9?mS（毫西門子），同時使用離子-液體柵極保持了低室溫下閾值波動<90?mV/10年。批量制造的頂柵五級環形振蕩器的最高振蕩頻率> 8 GHz。相關成果以題為“Aligned, high-density semiconducting carbon nanotube arrays for high-performance electronics”發表在了Science。