碳基集成电路技术研究进展与展望

摘要

【目的】人工智能、大数据等领域的发展对芯片算力和能效的要求越来越高,硅基芯片技术受到功耗墙、存储墙和尺寸缩减等限制,面临日益严峻的挑战,需要新的沟道材料和新的芯片架构推动信息电子产业的继续向前,碳纳米管CMOS技术是目前最具潜力的下一代集成电路技术。【方法】针对碳纳米管集成电路发展中需要突破的关键性技术,分别从芯片用碳纳米管材料、碳纳米管晶体管技术和系统集成三个方面,阐述其研究进展,分析其面临的挑战和需要解决的问题。【结果】碳纳米管集成电路技术经过二十多年的发展,在材料、器件和系统集成等方面均取得了重大进步与突破,包括高纯度半导体碳纳米管阵列材料的制备、接近理论极限的高性能弹道碳纳米管晶体管器件、碳纳米管三维单片集成系统等。【结论】碳纳米管是构建场效应晶体管的理想沟道材料,可以实现高速低功耗的弹道输运,结合三维单片集成的架构优化,碳纳米管集成电路技术在性能、功耗、面积、功能集成、成本等方面将展现出巨大的优势,满足未来信息处理对芯片的需求。