曹慶Science丨利用碳納米管打造世界最小電晶體

2021-02-20 新能源前線


【引言】

 

隨著矽電晶體的減小，計算速度也得到很大提高，但對目前發展的矽電晶體而言，已經接近了它的極限尺寸。要想進一步設計微型電晶體，就要嘗試減小其組件的尺寸。對於半導體電子設備線路的研究，最大的挑戰在於要減小電晶體線路使其所用部件尺寸縮減至40 nm。因此研究者們嘗試將碳納米管應用於電晶體中，而主要的困難則是要提高性能，同時目前納米管電晶體尺寸在100納米左右，較矽電晶體要大。

 

【成果簡介】

 

IBM研究中心曹慶（通訊作者）等人研製出最小的P通道碳納米管電晶體，尺寸僅40 nm。基於一個半導體性的碳納米管，所佔據的空間小於矽電晶體的一半，卻表現出相當高的歸一化電流密度，在低的供給電壓0.5 V，亞閾值擺幅85 mV/dec下，電流密度高於0.9 mA/μm。此外，在超負荷運算工作下，基於高密度納米管陣列線路製備的電晶體較最佳集成的矽電子設備能傳輸更高的電流。相關研究成果以題為「Carbon nanotube transistors scaled to a 40-nanometer footprint」在線發表於Science上，同期，Science期刊自由撰稿人Matthew Hutson為此項研究發表了題為「Scientists use carbon nanotubes to make the world’s smallest transistors」（Science，2017，DOI: 10.1126/science.aan7042）的評述。

 

【圖文導讀】

圖一、單個s-CNT電晶體的原理圖以及顯微圖


                                                 

圖二、線路尺寸減小至40 nm單個s-CNT電晶體的電學性質   


                         

圖三、基於s-CNT陣列的高性能電晶體的原理圖、顯微圖以及電學性質    

     

文獻連結：Carbon nanotube transistors scaled to a 40-nanometer footprint（Science，2017，DOI:10.1126/science.aan2476）

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