北京大学电子学系张志勇教授报告

地点：教十一413-1会议室

 

张志勇

北京大学纳米器件物理与化学教育部重点实验室，北京大学电子学系，100871

 

摘要：

半导体碳纳米管具有优异的电学特性，是构建亚10纳米以下场效应晶体管的理想沟道材料。过去十年，我们针对碳纳米管电子学发展了一系列关键技术，包括：n型弹道晶体管的实现，无掺杂CMOS技术，高k栅介质和自对准结构。基于这些关键技术，我们推动了碳基电子学的发展，特别是实现了栅长10纳米的碳纳米管CMOS场效应晶体管，主要器件性能均超过了最主流的Intel公司14纳米硅基CMOS器件5倍以上。通过优化器件结构，采用石墨烯作为源漏接触，实现了亚5nm栅长的碳管晶体管，器件主要性能已接近测不准原理极限。在此基础上，我们详细分析了碳纳米管CMOS技术的发展潜力，以及其在5纳米及以下技术节点实用化面临的主要问题和可能的解决方案。

我们进一步探讨了碳管CMOS晶体管的规模集成方法，通过材料和器件制备工艺优化，提高碳纳米管器件成品率、稳定性和均匀性，器件阈值电压分布接近了硅基商用集成电路器件标准。在此基础上，制备了一系列基本运算和逻辑电路，并首次实现了碳纳米管4位加法器和乘法器等复杂集成电路，使得高性能碳纳米管CMOS集成电路发展到中等规模级别。同时将碳纳米管集成电路工作频率提升了100倍，达到了5GHz，接近了商用硅基CMOS电路的水平。

 参考文献：

1.       Scaling carbon nanotube complementary transistors to 5-nm gate lengths, Science 355, 271-276, 2017

2.       Highly uniform carbon nanotube field-effect transistors and medium scale integrated circuits, Nano Letters 16, 5120-5128，2016.

3.       Modularized Construction of General Integrated Circuits on Individual Carbon Nanotubes, NanoLetters 14, 3102-3109, 2014.

4.       CMOS-based carbon nanotube pass transistor logic integrated circuits. Nature Communications 3：677, 2012

5.      Doping-free fabrication of carbon nanotube based ballistic CMOS devices and circuits, Nano Letters 7(12), 3603, 2007

 

个人简历：

张志勇，博士，北京大学信息科学技术学院教授，博士生导师。主要研究领域为纳米电子学，近十年主要从事碳纳米管晶体管和集成电路研究。入选教育部新世纪优秀人才计划，首届中组部“万人计划-青年拔尖人才支持计划，2013年获得基金委“优秀青年基金”项目支持，并获2013年教育部自然科学一等奖(2/8)，2016年国家自然科学二等奖，2016年茅以升青年科技奖。在碳基纳米器件领域发表论文100余篇，SCI总引用3500余次，H因子为30。相关工作15次被写入国际半导体技术路线图(ITRS)“新兴研究材料”与“新兴研究器件”报告。