2020 年之后的电子学：碳基电子学的机遇和挑战

2020 年之后的电子学：碳基电子学的机遇和挑战

彭练矛

北京大学电子学系，纳米器件物理与化学教育部重点实验室

　　信息技术的基础是微电子集成电路的发展。微电子始于40 年前美国Bell 实验室肖特里、巴丁等人关于晶体管的发明。之后微电子特别是硅基CMOS 集成电路技术在硅谷等地得到了奇迹般的发展，造就了包括Intel 在内的众多顶级高科技公司，为美国近40 年的经济繁荣做出了不可磨灭的功绩。然而传统硅基CMOS 技术在2020 年左右将达到其性能极限，目前即将面临重大选择。特别是高k 和纳米材料的发展引发了是否可以放弃硅材料的讨论。

　　虽然目前还没有关于后摩尔时代CMOS 技术如何发展的定论，但最新的关于碳纳米管和半导体纳米线的研究表明我们可以利用一维纳米材料特殊的性能，包括非平衡、量子、弹道输运等特点，绕过目前纳电子集成电路所面临的极为困难的技术问题，如器件加工精度，掺杂的数目和稳定性的控制等困难，制备出性能均匀的简单CMOS 电路。这些进展为进一步的规模集成基于纳米材料的纳电子电路奠定了基础。

　　本报告将简单地回顾一下基于一维纳米材料特别是碳纳米管的CMOS 技术的发展，目前所面临的困难，以及可能的解决途径以及展望。

个人简历：

　　1982 年毕业于北京大学无线电电子学系。1983 年通过李政道先生主持的CUSPEA 计划赴美, 于亚利桑那州立大学美国高分辨电子显微学中心师从J.M. Cowley 教授, 1988 年获博士学位。1989 年至英国牛津大学, 任M.J. Whelan 教授的研究助手。1990 年被选为牛津大学Glasstone Fellow，国际电子显微学会联合会Presidential Scholar。1994 年底回国,获首届国家杰出青年科学基金资助。1999 年被北京大学聘为教育部首批“长江学者奖励计划”特聘教授。2000 年当选为英国物理学会Fellow 。主要研究领域为纳米结构、物性和相关器件。在Nature Photonics,Nature Communication,Nano Lett.,Phys. Rev. Lett.等杂志上发表论文300 余篇，论文被引用6000 余次，其中12 篇进入近10 年相应学科引用影响力前1%，入选ESI 高被引用论文。2001 年 “亚纳米碳管的稳定性研究”被选为2000 年中国高校十大科技进展，入选2000 年中国基础科学研究十大新闻;2010 年完成的“定量电子显微学方法与氧化钛纳米结构研究”项目获得国家自然科学二等奖;2011年主持的“实现碳纳米管的高效光伏倍增效应”项目入选2011 年度中国科学十大进展。现任北京大学电子学系主任，北京大学微纳超净加工实验室主任，教育部纳米器件物理与化学重点实验室主任，国际晶体学会电子晶体学委员会主席，中国晶体学会、电子显微镜学会副理事长。