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我国科学家研制出超强抗辐照碳纳米管集成电路

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  • 发布时间:2020-08-27 11:32
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【概要描述】8月24日,全球顶级学术期刊《自然·电子学》在线刊发了中国科学家在“辐照加强碳纳米管集成电路研究”中取得的最新成果。该成果由北京大学彭练矛—张志勇课题组与中科院苏州纳米所赵建文课题组联合研究成功。

我国科学家研制出超强抗辐照碳纳米管集成电路

【概要描述】8月24日,全球顶级学术期刊《自然·电子学》在线刊发了中国科学家在“辐照加强碳纳米管集成电路研究”中取得的最新成果。该成果由北京大学彭练矛—张志勇课题组与中科院苏州纳米所赵建文课题组联合研究成功。

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8月24日,全球顶级学术期刊《自然·电子学》在线刊发了中国科学家在“辐照加强碳纳米管集成电路研究”中取得的最新成果。该成果由北京大学彭练矛—张志勇课题组与中科院苏州纳米所赵建文课题组联合研究成功。联合课题组制备出了一种具有超强抗辐照能力的碳纳米管场效应晶体管和集成电路,未来可满足航天航空、核工业等特殊应用场景。此项研究成果意味着我国碳基半导体研究成功突破抗辐照这一世界性难题,为研制抗辐照的碳基芯片打下了坚实基础。

近年来,我国航天事业蓬勃发展,特别是深空探测的兴起,对抗辐照芯片提出了更高的要求。但传统硅基半导体技术已达极限,未来发展面临巨大挑战。目前,全球科研人员普遍认可碳基半导体技术有望替代硅基半导体技术,成为未来的主流技术。

图 离子胶碳纳米管抗辐照晶体管

“碳纳米管(CNT)具有优异的电学性能、准一维晶格结构、化学稳定性好、机械强度高等特点,是构建新型CMOS晶体管和集成电路的理想半导体沟道材料,有望推动未来电子学的发展。并且,由于碳纳米管具有强碳-碳共价键、纳米尺度横截面积、低原子数等特点,可以用来发展新一代超强抗辐照集成电路技术。但如何将碳纳米管的超强抗辐照潜力真正发挥出来,却是全世界科学家面临的几大难题之一。”联合研究组成员、北京大学碳基电子学中心副主任张志勇教授说:“经过长期研究,我们联合课题组勇于创新、敢于挑战,终于打赢了这场攻坚战,突破了这项世界性难题。高科技领域的这项核心技术,我们牢牢地掌握在了自己手里。”

联合课题组在研究过程中,针对场效应晶体管的所有易受辐照损伤的部位有针对性地采用辐照加强设计,系统设计晶体管的结构和材料,制备出了一种新型的、具有超强抗辐照能力的碳纳米管场效应晶体管,抗总剂量辐照可达15Mrad(Si),并发展了可修复的碳纳米管集成电路,为未来的“碳基中国芯”穿上抗辐射防护衣。特殊的设计使得碳基电路像电影《终结者》中的T1000液态机器人,能够完全恢复辐照造成的损伤。

此项发表在《自然·电子学》研究成果,北京大学前沿交叉学科研究院2015级博士研究生朱马光与电子学系2019级博士研究生肖洪山为并列第一作者,北京大学电子系碳基电子学研究中心、纳光电前沿科学中心张志勇教授、彭练矛院士和中科院苏州纳米所赵建文研究员为共同通讯作者。中国科学院微电子研究所硕士研究生颜刚平和蒋见花副研究员提供了辐照损伤仿真结果。

本文来源北京元芯碳基集成电路研究院

 

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