碳基电子里程碑式突破：北京大学梁学磊教授团队研制全球首个基于全碳纳米管的CFET数字逻辑电路
发布时间：2026-7-7 16:41
发布者：eechina
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北京大学梁学磊教授团队研制的全球首个基于全碳纳米管的互补场效应晶体管（CFET）数字逻辑电路，是碳基电子技术领域的一个里程碑式突破。这项成果的核心意义在于，它为半导体行业突破硅基芯片的物理极限，提供了一条极具潜力的全新路径。 技术突破：填补了碳纳米管CFET的空白 此前，碳纳米管虽被公认为“后硅时代”最具潜力的材料之一，但一直未实现真正的CFET器件与电路。梁学磊团队成功攻克了长期存在的两大核心挑战： 解决驱动不均衡：碳纳米管的P型与N型器件驱动能力天然不匹配。团队采用无掺杂CMOS策略，通过优化器件结构设计，使顶层的N型FET与底层的P型FET在相同占位面积下，实现了性能的高度平衡与完美匹配。 克服工艺退化：解决了上层器件制造工艺导致底层器件性能退化的问题。 性能卓越：多项指标创下世界纪录 基于上述技术突破，团队制备出的CFET反相器性能卓越： 超高电压增益：在1伏的工作电压下，峰值电压增益高达164，创下了当前低维半导体CFET反相器的最高纪录。 宽电压范围工作：在0.2至1伏的宽电压范围内，均表现出极佳的传输特性和低功耗优势。 构建完整逻辑单元：成功构建了或非门、或门、与非门、与门、4管静态随机存取存储器（4T-SRAM）单元，以及全球首个基于全碳纳米管CFET架构的五级环形振荡器。 应用前景：为AI与传感计算开辟新路径 这项技术的突破为未来的应用打开了新的大门： 延续“摩尔定律”：CFET被国际器件与系统路线图列为2纳米以下技术节点的关键器件。该成果证明了碳纳米管在三维集成上的巨大潜力，为芯片性能的持续提升提供了可能。 赋能AI与边缘计算：为面向人工智能和边缘计算所需的高密度近传感与感内计算架构，开辟了全新路径。 实现“感算一体”：团队进一步利用CFET的双层结构，研制了三维堆叠光电二极管，并构建了首个三维集成的碳纳米管传感-计算一体化电路原型。该原型能在1200-1900nm宽谱范围内进行感知与逻辑处理，展示了未来智能传感器的发展方向。 产业影响：向硅基芯片发起挑战 此项研究标志着碳纳米管电子学从基础研究迈向了集成应用的更高阶段。它不仅填补了该领域的关键技术空白，更展示了碳纳米管技术在高性能、低功耗以及尺寸微缩方面的巨大优势，被视为硅基芯片的最强挑战者。 总结 梁学磊团队的这项成果，是碳基电子技术从理论走向实际应用的关键一步。它不仅在学术上解决了长期悬而未决的难题，创造了性能纪录，更重要的是，为未来半导体产业突破物理极限、发展新型智能传感与计算系统，提供了一个切实可行的技术方案。 |
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