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《纳米电子学的纯半导体碳纳米管阵列》

  • 来源专题：纳米科技
  • 编译者： chenfang
  • 发布时间：2015-06-15

  • 碳纳米管已被广泛认识超过25年，但其在纳米电路中使用的主要障碍是尽管碳纳米管的结构稍有不同，电气性能却相差甚远。伊利诺伊大学香槟分校的研究人员提出了单壁碳纳米管阵列的纯化方法将导致碳纳米管在电子设备中被广泛应用。

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  • 《北京大学研究团队将取向排列的碳纳米管场效应晶体管扩展到10纳米以下节点》
    • 来源专题：集成电路
    • 编译者：李衍
    • 发布时间：2023-07-28
    • 随着集成电路的发展，摩尔定律逐渐失效，寻求硅以外的替代材料已成为整个信息产业的重要方向之一。在这方面，碳纳米管被认为是一个非常有潜力的竞争者。然而，采用传统的掺杂工艺制备碳纳米管晶体管的过程中遇到了巨大的困难。 我国从2000年就开始了针对碳基电子学的研究工作。2007年，北京大学彭练矛院士、张志勇教授团队就提出了非掺杂制备碳纳米管CMOS器件的方法，制备出了第一个性能超过同尺寸硅基晶体管的碳纳米管晶体管器件。2017年，团队在Science上发文，首次制备了5 nm技术节点的顶栅碳纳米管场效应晶体管，器件的本征性能和功耗综合指标上性能相较同尺寸的传统硅基晶体管器件约有10倍的优势，展现了碳纳米管电子学的巨大潜力。2020年5月份，该团队再次在Science发文，采用多次提纯和限域自组装的方法，在四英寸基底上制备了高密度，纯度超过99.9999%的碳纳米管平行阵列，达到了超大规模碳纳米管集成电路的需求，为推进碳基集成电路的实用化和工业化奠定了基础。 有序半导体碳纳米管因其易于微型化和高能效，在创建缩放场效应晶体管（FET）方面是硅的潜在替代品。然而，取向排列的纳米晶体管能否以与低节点硅技术相同的尺寸制造并保持高性能仍不清楚。基于多年的研究积累，近期北京大学彭练矛院士、张志勇教授团队研制出可扩展到与10纳米硅技术节点尺寸相对应的取向排列的碳纳米管场效应晶体管。研究人员首先制造出接触栅间距为175 nm的纳米管场效应晶体管，其导通电流为2.24 mA μm-1，峰值跨导为1.64 mS μm-1。6个纳米管场效应晶体管用于创建静态随机存取存储器单元，面积为0.976 μm2，与90 nm硅技术节点相当。然后在金属和纳米管之间引入全接触结构，以实现90 Ω μm的低接触电阻，并降低对接触长度的依赖性。这样就可以制造出接触栅间距为55 nm（相当于10 nm节点）的纳米管场效应晶体管，其载流子迁移率和费米速度均高于10 nm硅金属氧化物半导体晶体管。 该研究成果以“Scaling aligned carbon nanotube transistors to a sub-10?nm node”为题发表在《Nature Electronics》上。 论文链接：https://www.nature.com/articles/s41928-023-00983-3 参考信息链接：https://www.163.com/dy/article/I9TOR79905329TW8.html
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  • 《面向人工视觉的碳纳米管光电传感器阵列问世》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2021-03-29
    • 视觉系统对生物体的生存 和竞争都必不可少。在视觉信息处理过程中，在大脑视觉中枢做出复杂行为判断之前，视网膜在对光刺激信号进行检测的同时，并行处理所捕获的图像信息。开发人工视觉系统的挑战是双重的，既要重新创建动物系统的灵活性、复杂性和适应性，又要通过高效率计算和简洁的方式来实现它。目前的人工视觉系统往往采用传统的互补金属氧化半导体（ CMOS ）或者电荷耦合器件（ CCD ）图像传感器与执行机器视觉算法的数字系统相连接来实现，这些传统的数字人工视觉系统具有功耗高、尺寸大、成本高等缺点。相比而言，人类视觉系统拥有很多带有突触的视神经元，它们不仅 能够探测图像信息，还可以存储信息和处理数据，因此能平行地处理大量的信息，而每个突触活动所耗费的能量仅为 1-100 飞焦耳。因此， 将图像感测、存储和处理功能集成到器件的单一空间，并针对连续模拟亮度信号实时处理不同类型的时空计算，对实现神经形态人工视觉系统意义重大。 具有神经形态的光电传感器通过模拟电子电路，实现由生物系统启发的特殊视觉处理功能，这些电路特别适合于尝试模仿生物视觉系统的构建。 近期，中国 科学院金属研究所科研人员与国内多家单位的科研团队合作，开发出一种柔性碳纳米管 - 量子点神经形态人工视觉芯片，研究成果于 3 月 19 日在 《自然 · 通讯》（ Nature Communications ）在线发表，题为 “ 面向神经形态视觉系统的柔性超灵敏光电传感阵列（ A flexible ultrasensitive optoelectronic sensor array for neuromorphic vision systems ） ” 。 为了构筑高性能的神经形态视觉系统，必须首先获得具有超高响应度、探测性和信噪比的光电传感器。为了在极端昏暗的光线条件下实现增强的成像能力， 科研人员设计并制备了一个 1024 像素的柔性光电传感器阵列，使用半导体性碳纳米管和钙钛矿量子点的组合作为神经形态视觉系统的有源敏感材料，集成了光传感、信息存储和数据预处理等功能，成功实现了视觉图像强化学习过程。 这两类材料都具有优异的柔韧性、稳定性及工艺兼容等特点，通过材料组合为实现 兼具生物体灵活性、复杂性和适应性的 神经形态人工视觉传感器提供了新策略。这也是第一次通过高集成度物理器件阵列方式，实现超 弱光脉冲（ 1μW/cm 2 ）响应，并完成 神经形态强化学习的案例。与生物系统行为类似，光电传感器、存储元件和数据分析处理等组件在阵列中共享物理空间，并实时并行处理信息，这些结果对于试图模仿生物视觉处理的人工视觉系统具有重要的启发意义。 该工作由中国科学院金属所孙东明、成会明课题组与南京理工大学李晓明、曾海波课题组，中国科学院苏州纳米所邱松、李清文课题组，东北大学田亚男和南京大学王肖沐等单位合作完成。中国科学院金属所博士生朱钱兵、李波为共同第一作者。该研究计划得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国科学院先导项目和沈阳材料科学国家研究中心等项目支持。
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