《美国Carbonics公司在新型碳纳米管取得新突破 性能超越传统RF-CMOS技术》

  • 来源专题:集成电路
  • 编译者: shenxiang
  • 发布时间:2020-02-13
  • 2019年11月底,美国Carbonics公司宣布与南加州大学合作开发了一种碳纳米管技术,并首次实现了超过100GHz的射频应用,且性能及效率都超越了传统的“射频互补金属氧化物半导体”(RF-CMOS)技术,而RF-CMOS技术在目前的消费电子产品,包括手机等无处不在。

    该成果进展已发表在《自然电子(Nature Electronics)》杂志上,名为“Wafer-scalable, aligned carbon nanotube transistorsoperating at frequencies of over 100 GHz”。美国陆军对其进行了资助.

    《自然电子》评论称:这项研究为一项里程碑式的技术,现在的技术即将接近一个转折点,而纳米管将成为微电子领域中,硅的重要竞争对手。美国陆军研究办公室的固态及电磁项目经理乔依表示,陆军下一步是论证该技术可以量产,并最终将满足陆军在通信、雷达、电子战及其他感知领域的需求。Carbonics公司CEO表示,ZEBRA技术将可能会首先被用于军事应用中,然后再被推广至其他领域进行使用,例如5G和毫米波技术等。

    近二十年来,由于具备极好的电子传输能力,研究人员一直认为碳纳米管非常适合用于高频晶体管技术,工程上的挑战在于将高纯度半导体的纳米管准确组装排列成紧密的阵列。Carbonics公司成功的克服了这一挑战,并在关键的RF指标上首次证明了其性能超过了RF-CMOS。而这一技术的指标同时表明,该技术最终可能会远远超过现有的顶级射频技术——砷化镓(GaAs)。

    Carbonics采用了被称为ZEBRA的沉积技术,该技术使得碳纳米管能够紧密排列沉积在各种芯片基板上,包括硅,绝缘体上硅,石英和柔性材料等。也就是说,这项技术可以直接与传统的CMOS数字逻辑电路进行集成,克服了异构集成的问题。

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    • 编译者:yanyf@mail.las.ac.cn
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    •         单壁碳纳米管具有优异的力学、电学和光学性质,在柔性和透明电子器件领域可作为透明电极材料或半导体沟道材料,因此被认为是最具竞争力的候选材料之一。开发出可高效、宏量制备高质量碳纳米管薄膜的方法已成为该材料走向实际应用的关键难题。首先,迄今制备的单壁碳纳米管薄膜的尺寸通常为厘米量级,批次制备方式不能满足规模化应用要求。其次,由于在碳纳米管薄膜制备工艺过程中通常会引入杂质和结构缺陷,使得薄膜的光电性能劣化,远低于理论预测值。因此,发展一种高效、宏量制备高质量单壁碳纳米管薄膜的制备方法具有重要价值。   近日,中国科学院金属研究所先进炭材料研究部孙东明团队与刘畅团队合作,提出了一种连续合成、沉积和转移单壁碳纳米管薄膜的技术,实现了米级尺寸高质量单壁碳纳米管薄膜的连续制备,并基于此构建出高性能的全碳薄膜晶体管(TFT)和集成电路(IC)器件。研究人员采用浮动催化剂化学气相沉积方法在反应炉的高温区域连续生长单壁碳纳米管,然后通过气相过滤和转移系统在室温下收集所制备的碳纳米管,并通过卷到卷转移方式转移至柔性PET基底上,获得了长度超过2 m的单壁碳纳米管薄膜。对该过滤沉积过程进行流体仿真,其结果表明当调节出气口速度使抽滤过程处于平衡状态时,该过滤系统中的气流呈现出均匀的气流速度分布(图1)。通过该方法制备的单壁碳纳米管薄膜表现出优异的光电性能和分布均匀性,在550纳米波长下其透光率为90%,方块电阻为65Ω/□(图2)。研究人员利用所制备的碳纳米管薄膜构筑了高性能全碳柔性透明晶体管(图3)以及异或门、101阶环形振荡器等柔性全碳集成电路(图4)。   这是研究人员首次开发出米级长度的单壁碳纳米管薄膜的连续生长、沉积和转移技术,所制备的单壁碳纳米管薄膜及其晶体管具有优异的光电性能,为未来开发基于单壁碳纳米管薄膜的大面积、柔性和透明电子器件奠定了材料基础。该工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国博士后科学基金、中国科学院装备研制计划、辽宁百千万人才计划、青年相关人才计划等项目的支持。单壁碳纳米管薄膜的连续制备技术已获得中国发明专利(ZL201410486883.1),相关论文于近日在Advanced Materials在线发表。
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    • 编译者:AI智能小编
    • 发布时间:2025-03-24
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