全碳纳电子器件与电路研究

在最新的（2008版）ITRS Roadmap中碳基纳电子器件（包括碳纳米管和石墨烯）被认为是最有潜力的"beyond CMOS"的集成电路方案并有可能在5－10后成为商业化产品。然而把碳纳米管和石墨烯二者结合的的研究还没有。本项目将从三个方面开展研究：1）以单壁碳纳米管为沟道，多壁碳纳米管为互连线构建全碳纳米管器件和电路；2）通过微纳加工把石墨烯加工成石墨烯条带（GNR），制备出全石墨烯的器件和电路，并研究其量子效应；3）以单壁碳纳米管为沟道，石墨烯为互连线的全碳纳米电子器件和电路。我们将研究器件的加工技术，发展新原理器件原型，提高器件性能，探索集成方法。争取为"后摩尔时代"的集成电路技术做好准备。

本项目以构建碳纳米管为沟道，石墨烯为互连线的全碳纳电子器件和电路为牵引，致力于提高碳纳米管晶体管的性能，发展石墨烯互连线的加工工艺,并研究器件的相关物理问题。为此，我们发现了一种碳基纳电子器件最为理想的栅介质材料――氧化钇，利用这种栅介质制备出的碳纳米管晶体管的室温压阈值摆幅达到了理论极限60mV/dec。首次制备了n型和p型分支完全对称的双极型碳纳米管晶体管，成功展示了该器件在大信号模式下可以作为一个性能完美的倍频器电路，性能远远高于传统的倍频器电路。发展了一种与现有硅基清洗技术兼容的石墨烯大面积高效率转移技术，可以实现干净且无破损的转移，实现了目前最高的器件加工成品率，为石墨烯电路的大规模制备奠定了基础。提出了一种有效降低金属－石墨烯接触电阻的方法，有利于进一步提高石墨烯高频器件的工作频率。制备出了单壁碳纳米管为沟道，石墨烯为互连线的全碳原型器件。这些成果为全碳纳米集成电路的发展打下了良好的基础。.项目执行期间发表SCI论文10篇（影响因子超过6.0的6篇，超过3.0的2篇），国际会议论文1片（EI收录）。获授权中国发明专利2项，申请中1项。