芯片是信息科技的基礎與推動力(li),是當今(jin)工(gong)業(ye)時代的核心產業(ye)。目前(qian)芯片產業(ye)已經上升至國家戰略(lve)高度,十四(si)五規劃建(jian)議(yi)指(zhi)出,十四(si)五期間的產業(ye)發展將更加注(zhu)重(zhong)“補(bu)短板”,努力(li)實現高端(duan)芯片、底層算法(fa)、高端(duan)制(zhi)造等重(zhong)點行業(ye)中關(guan)鍵領域的自(zi)主可控。然而,現有(you)的硅基芯片制(zhi)造技術即(ji)將觸碰其極限,碳(tan)納米管技術被認為是后摩爾(er)技術的重(zhong)要選(xuan)項。
相對于(yu)傳統的(de)(de)(de)硅(gui)基CMOS晶(jing)體(ti)管,碳納米(mi)(mi)(mi)管晶(jing)體(ti)管具有(you)明顯(xian)的(de)(de)(de)速度和功耗綜(zong)合優(you)勢。IBM的(de)(de)(de)理論計算表明,若完全按照現有(you)二維平面(mian)框架(jia)設計,碳納米(mi)(mi)(mi)管技(ji)(ji)術(shu)相較(jiao)硅(gui)基技(ji)(ji)術(shu)具有(you)15代、至少(shao)30年(nian)以上(shang)的(de)(de)(de)優(you)勢。此外,Stanford大學的(de)(de)(de)系(xi)統層面(mian)的(de)(de)(de)模擬(ni)表明,碳納米(mi)(mi)(mi)管技(ji)(ji)術(shu)還(huan)有(you)望(wang)將常規的(de)(de)(de)二維硅(gui)基芯片(pian)技(ji)(ji)術(shu)發展成為三維芯片(pian)技(ji)(ji)術(shu),將目前的(de)(de)(de)芯片(pian)綜(zong)合性能提(ti)(ti)升1000倍以上(shang),從而將物聯網、大數據(ju)、人工智能等未來技(ji)(ji)術(shu)提(ti)(ti)升到一個全新高度。

從(cong)2001年開始,北京大學(xue)團(tuan)(tuan)隊在(zai)國(guo)家(jia)“973”計(ji)劃、重大科(ke)學(xue)研(yan)究(jiu)計(ji)劃和(he)(he)國(guo)家(jia)重點(dian)研(yan)發計(ji)劃項目,國(guo)家(jia)基金委創新研(yan)究(jiu)團(tuan)(tuan)隊和(he)(he)北京市科(ke)委連續6年的(de)(de)(de)支持下(xia),在(zai)碳基電(dian)(dian)(dian)子器(qi)件相(xiang)關(guan)材(cai)(cai)料和(he)(he)制(zhi)(zhi)備工藝的(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)中取(qu)得(de)一系(xi)列突(tu)破性(xing)進展,發展了一整(zheng)套碳納米(mi)(mi)(mi)管(guan)CMOS集成(cheng)電(dian)(dian)(dian)路和(he)(he)光電(dian)(dian)(dian)器(qi)件的(de)(de)(de)無摻(chan)雜(za)制(zhi)(zhi)備新技術。該(gai)技術的(de)(de)(de)核(he)心為放(fang)棄摻(chan)雜(za),通過控(kong)制(zhi)(zhi)電(dian)(dian)(dian)極(ji)材(cai)(cai)料達(da)到(dao)選擇(ze)性(xing)地向晶(jing)體(ti)管(guan)注入電(dian)(dian)(dian)子或空穴,實現晶(jing)體(ti)管(guan)極(ji)性(xing)的(de)(de)(de)控(kong)制(zhi)(zhi)。團(tuan)(tuan)隊首(shou)次實現了5納米(mi)(mi)(mi)柵(zha)長的(de)(de)(de)碳納米(mi)(mi)(mi)管(guan)CMOS晶(jing)體(ti)管(guan),由(you)此(ci)證明(ming)了在(zai)亞10nm的(de)(de)(de)技術節點(dian),碳納米(mi)(mi)(mi)管(guan)晶(jing)體(ti)管(guan)在(zai)性(xing)能和(he)(he)功耗綜合指標(biao)上較最先進的(de)(de)(de)硅(gui)基CMOS器(qi)件具有10倍以上的(de)(de)(de)優勢,并接近(jin)由(you)量子測不準原理決定的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)子器(qi)件理論極(ji)限(Science,2017, 355:271)。此(ci)外,團(tuan)(tuan)隊發展并采用在(zai)完(wan)整(zheng)硅(gui)晶(jing)片或標(biao)準顯示(shi)玻璃面(mian)板上規模制(zhi)(zhi)備高純碳納米(mi)(mi)(mi)管(guan)薄膜技術,制(zhi)(zhi)備出速度達(da)到(dao)單(dan)晶(jing)硅(gui)水平的(de)(de)(de)5.54GHz環振電(dian)(dian)(dian)路(Nature Electronics, 2018, 1:40)和(he)(he)中等規模的(de)(de)(de)高性(xing)能碳基CMOS集成(cheng)電(dian)(dian)(dian)路(ACS Nano, 2017, 11:4124)。
2018年,團隊針對功(gong)耗已(yi)經成(cheng)為當今(jin)集成(cheng)電(dian)(dian)路(lu)的(de)(de)(de)(de)發(fa)展(zhan)的(de)(de)(de)(de)瓶頸(jing)現狀(zhuang),重新審視了傳統晶(jing)體(ti)管(guan)(guan)功(gong)耗的(de)(de)(de)(de)物理極限,提出并制備了一(yi)種新型超低(di)功(gong)耗晶(jing)體(ti)管(guan)(guan)—狄拉克源(yuan)晶(jing)體(ti)管(guan)(guan)(Science 2018,361:387),該(gai)技(ji)術采用(yong)具有特定(ding)摻雜(za)的(de)(de)(de)(de)狄拉克半金屬(石墨烯)作(zuo)為源(yuan)端,實現了超越常規金屬和半導(dao)體(ti)的(de)(de)(de)(de)“冷”電(dian)(dian)子源(yuan),大(da)幅(fu)降低(di)了傳統晶(jing)體(ti)管(guan)(guan)工作(zuo)所需驅(qu)動電(dian)(dian)壓(ya),為超低(di)功(gong)耗納米電(dian)(dian)子學的(de)(de)(de)(de)發(fa)展(zhan)奠定(ding)了基(ji)礎,極大(da)推進(jin)了碳納米管(guan)(guan)集成(cheng)電(dian)(dian)路(lu)的(de)(de)(de)(de)競爭力和實用(yong)化發(fa)展(zhan)。該(gai)技(ji)術可(ke)用(yong)于(yu)計算機及(ji)智能手機芯片、新一(yi)代(dai)柔性(xing)集成(cheng)電(dian)(dian)路(lu)、醫用(yong)可(ke)穿戴(dai)傳感器、顯示屏驅(qu)動器、軍用(yong)抗(kang)輻照芯片等。
喜迎二十大,奮進新(xin)征程。2022年(nian)9月(yue)1日,由(you)中國高等(deng)教(jiao)育(yu)(yu)學會組(zu)織開展的(de)“高等(deng)教(jiao)育(yu)(yu)這十年(nian) ——新(xin)時代、新(xin)科技、新(xin)內涵”云(yun)端系列(lie)活動將(jiang)在云(yun)上高博(bo)會服(fu)務平臺(tai)正式(shi)上線。
活動設立了“守正(zheng)創新(xin)(xin)·教育(yu)現代化成果展(zhan)”“開拓創新(xin)(xin)·高校科技創新(xin)(xin)成果展(zhan)”“實踐創新(xin)(xin)·大學(xue)(xue)生(sheng)創新(xin)(xin)創業(ye)成果展(zhan)”三大展(zhan)區以及一(yi)系(xi)列行(xing)業(ye)云端研討(tao)會,對企業(ye)、高校、大學(xue)(xue)生(sheng)優秀創新(xin)(xin)創業(ye)成果進(jin)行(xing)集中展(zhan)示,探索產業(ye)發展(zhan)新(xin)(xin)模式、新(xin)(xin)合(he)作、新(xin)(xin)思路。
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