碳基计算机电路,碳基CMOS集成电路技术

作为现代信息技术的基石，硅基CMOS集成电路技术即将达到性能极限，电子学的发展急需新的器件技术。彭练矛团队发展了基于碳纳米管的高性能、低功耗CMOS晶体管和集成电路技术，有望在性能和功耗上全面超越现有技术。主要成果包括：

(1)发展了一整套碳纳米管CMOS器件和集成电路的无掺杂制备技术，以放弃掺杂为核心思想，通过控制电极材料，选择性地向晶体管注入电子或空穴，从而实现晶体管极性的控制。首次实现5纳米栅长的碳管CMOS晶体管，证明在亚10nm的技术节点上，碳管晶体管的性能和功耗综合指标较目前最先进的硅基CMOS器件具有10倍以上的优势，并接近由量子测不准原理决定的电子器件理论极限(Science2017，355：271)。

(2)发展了碳管CMOS集成电路的批量制备技术，首次实现中等规模的高性能碳基CMOS集成电路(ACSNano，2017，11：4124)，是世界上集成度最高、复杂性最强的碳管集成电路；制备出速度达5.54GHz的环振电路(NatureElectronics，2018，1：40)，为世界上最快的碳基集成电路，且较已发表的最高纪录提升了20倍。此外，发展了可转移至生物表面的碳基柔性低功耗集成电路技术(NatureElectronics2018，1：237)，促进实现下一代的生物电子集成系统。

(3)针对功耗成为集成电路发展瓶颈这一现状，提出并制备了一种新型超低功耗晶体管--狄拉克源晶体管(Science2018，361：387)，大幅降低晶体管工作所需驱动电压，为超低功耗纳米电子学的发展奠定基础。

彭练矛团队的上述成果已引起国内外广泛关注。作为碳基电子学领域代表性工作，先后被三期国际半导体技术发展路线图(ITRS)报告引用13次。NatureIndex2015China将其研究成果作为北京科技创新事例重点介绍，称其“代表着计算机处理器的未来”；NatureIndex2017China以封面故事“China‘sblue-chipfuture”进一步推介5nm栅长碳管晶体管的研究成果；NatureIndex2017ScienceCities以“Pioneeringcarbon-basednanoelectronics”为题进行系统性报道，指出碳基集成电路的前沿研究“开启了超越硅基CMOS器件的未来之门”。2017年8月19日，《人民日报》(海外版)在《“中国芯”走出自强路》一文中高度评价碳管晶体管的优异性能“意味着中国科学家有可能研制出以此类晶体管为元器件的商用碳基芯片，有望在芯片研究技术上赶超国外同行”“研制出碳纳米晶体管无疑是我国科学家奋力追赶世界先进水平的征途中取得的一个重大胜利，是中国信息科技发展的一座新里程碑”。

彭练矛团队在碳基电子学领域发表SCI论文150余篇，包括2篇Science、1篇Naturephotonics、2篇NatureElectronics等顶级期刊论文50余篇；获国家自然科学二等奖2项，高等学校科学研究优秀成果奖自然科学一等奖1项，中国科学十大进展、中国高等学校十大科技进展各1项。

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