新闻背景

　　1月20日，***科学杂志《Nature》刊登了北京大学***彭练矛和物理电子学研究所副所长张志勇课题组在碳纳米管电子学领域取得的***突破：***制备出5纳米栅长高性能碳纳米管晶体管，并证明其性能超越同等尺寸硅基CMOS场效应晶体管，将晶体管性能推至理论***。

　　2月27日，央视新闻频道播出了专题节目《神奇的石墨烯》，(石墨烯上***啦!新闻频道专题节目《石墨烯到底有多神奇?》(附视频))，节目中提到，石墨烯有望替代硅，成为下一代芯片的主要材料。利用石墨烯制造新一代器件，也有望让我国的芯片制造业实现弯道超车，达到***水平。

　　众所周知，***的集成电路产业一直在摩尔定律的“照耀”下沿着硅基的路线前行，但当主流的CMOS技术发展到10纳米技术节点之后，后续发展越来越受到来自物理规律和制造成本的限制，摩尔定律有可能面临终结。20多年来，科学界和产业界一直在探索各种新材料和新原理的晶体管技术，期望替代硅基CMOS技术，但到目前为止，并没有机构能够实现10纳米的新型器件，并且也没有新型器件能够在性能上真正超过***好的硅基CMOS器件。

　　碳基超越硅基?

　　2005年，国际半导体技术线路图(ITRS)***会***明确指出在2020年前后硅基CMOS技术将达到其性能极限。后摩尔时代的集成电路技术的研究变得日趋急迫，很多人认为微电子工业在走到7纳米技术节点之后可能不得不面临放弃继续使用硅材料作为晶体管导电沟道。在为数不多的可能替代材料中，碳基纳米材料被公认为***有可能替代硅材料。

　　2008年ITRS新兴研究材料和新兴研究器件工作组在考察了所有可能的硅基CMOS替代技术之后，明确向半导体行业推荐***研究碳基电子学，作为未来5~10年显现商业价值的下一代电子技术。美国***科学******会(NSF)十余年来除了在美国***纳米技术计划中继续对碳纳米材料和相关器件给予***支持外，在2008年还专门启动了“超过摩尔定律的科学与工程项目”，其中碳基电子学研究被列为重中之重。其后美国不断加大对碳基电子学研究的投入，美国***纳米计划从2010年开始将“2020年后的纳米电子学”设置为3个重中之重的成名计划(signatureinitiatives)之一。除美国外，欧盟和其他各国***也高度重视碳纳米材料和相关电子学的研究和开发应用，布局和继续抢占信息技术核心领域的制高点。

　　碳纳米管材料中，***有可能替代硅的有两个，碳纳米管和石墨烯。在石墨烯获得诺贝尔奖之前，碳纳米管一直被认为是***有可能代替硅的半导体材料，而如今，由于石墨烯在***范围内的狂热，似乎有代替碳纳米管之势，那么，石墨烯和碳纳米管，究竟谁能堪当大任呢?

　　碳纳米管集成电路的研发优势与发展现状

　　1991年，日本NEC公司的***澄男在高分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时，意外发现了由碳分子组成的管状同轴纳米管，也就是现在被称作的碳纳米管CNT，又名巴基管。

　　碳管材料具有极为***的电学特性。室温下碳管的n型和p型载流子(电子和空穴)迁移率对称，均可以达到10000cm2/(V•s)以上，远超传统半导体材料。另外碳管的直径仅有1～3nm，更容易被栅极电压非常有效开启和关断。

　　碳纳米管相对于硅材料的优点：

　　1)载流子输运是一维的。这意味着减少了对载流子散射的相空间，开辟了弹道输运的可能性。相应地，功耗低。

　　2)所有碳原子的化学键都是链接的，由此，没有必要进行化学钝化工艺以消除类似存在于硅表面的悬挂键。这意味着碳纳米管电子不一定非得使用二氧化硅绝缘体，高介电常数和晶体绝缘体都可以直接使用。

　　3)强共价键结构能使碳纳米管具有较高的机械稳定性和热稳定性，且对电迁移有很好的抵抗力，可以承受的电流密度高达10A/cm。

　　4)它们的关键尺寸，即直径，是由化学反应控制，而不是传统的制造工艺。

　　5)原则上，无论是有源器件(晶体管)还是互连联结线，都可以分别由半导体属性和金属属性的碳纳米管制成。