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5nm技術節點新突破，碳納米管CMOS器件性能提高不止一點點

作者：中國科學院成都有機化學有限公司來源：http://www.sikpqwc.cn 日期：2017-01-23 13:10:21

性能遙遙領先傳統硅器件

在此基礎上，課題組全面比較了碳納米管CMOS器件的優勢和性能潛力。研究表明，與相同柵長的硅基CMOS器件相比，碳納米管CMOS器件具有10倍左右的速度和動態功耗（能耗延時積， EDP）綜合優勢，以及更好的可縮減性。

對實驗數據分析表明，5納米柵長的碳管器件開關轉換僅有約1個電子參與，并且門延時達到了42fs，非常接近二進制電子開關器件的極限（40fs），該極限由海森堡測不準原理和香農－馮諾依曼－郎道爾定律（SNL）決定。表明5納米柵長的碳納米管晶體管已經接近電子開關的物理極限。

圖3：碳納米管CMOS器件與傳統半導體器件的比較。A：基于碳管陣列的場效應晶體管結構示意圖；B－D：碳管CMOS器件（藍色、紅色和橄欖色的星號）與傳統材料晶體管的亞閾值擺幅（SS），本征門延時和能量延時積的比較。

研究人員研究了接觸尺寸縮減對器件性能的影響，探索了器件整體尺寸的縮減。將碳管器件的接觸電極長度縮減到25納米，在保證器件性能的前提下，實現了整體尺寸為60納米的碳納米管晶體管，并且成果演示了整體長度為240納米的碳管CMOS反相器，這是目前實現的最小納米反相器電路。

該成果的重要意義

這是中國首次掌握了世界上最先進的晶體管技術，如果能加以推廣，將會成為未來最先進的芯片制造技術。這種新技術的出現，使得國內半導體制造首次有機會引領世界領先水平。

硅基技術即將發展到盡頭，傳統芯片的性價比提升空間非常小。Intel，三星，TSMC三大巨頭，特別是Intel一直在尋找新一代半導體器件技術，但是新的技術在原有硅基技術上提升非常有限。我們的掌握的碳管技術與最先進的硅基技術相比性能上六代以上的優勢，約20年的發展。所以，如果碳基技術實現產業化，將有可能徹底改變半導體制造行業的格局，Intel，三星和臺積電的優勢不復存在，而我國會擁有最先進的芯片技術。

研究成果表明在10納米以下技術節點，碳納米管CMOS器件相對于硅基CMOS器件具有明顯優勢，且有望達到由測不準原理和熱力學決定的二進制電子開關的性能極限。

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