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芯片是信息科技的基礎(chǔ)與推動(dòng)力，是當(dāng)今工業(yè)時(shí)代的核心產(chǎn)業(yè)。目前芯片產(chǎn)業(yè)已經(jīng)上升至國(guó)家戰(zhàn)略高度，十四五規(guī)劃建議指出，十四五期間的產(chǎn)業(yè)發(fā)展將更加注重“補(bǔ)短板”，努力實(shí)現(xiàn)高端芯片、底層算法、高端制造等重點(diǎn)行業(yè)中關(guān)鍵領(lǐng)域的自主可控。然而，現(xiàn)有的硅基芯片制造技術(shù)即將觸碰其極限，碳納米管技術(shù)被認(rèn)為是后摩爾技術(shù)的重要選項(xiàng)。

相對(duì)于傳統(tǒng)的硅基CMOS晶體管，碳納米管晶體管具有明顯的速度和功耗綜合優(yōu)勢(shì)。IBM的理論計(jì)算表明，若完全按照現(xiàn)有二維平面框架設(shè)計(jì)，碳納米管技術(shù)相較硅基技術(shù)具有15代、至少30年以上的優(yōu)勢(shì)。此外，Stanford大學(xué)的系統(tǒng)層面的模擬表明，碳納米管技術(shù)還有望將常規(guī)的二維硅基芯片技術(shù)發(fā)展成為三維芯片技術(shù)，將目前的芯片綜合性能提升1000倍以上，從而將物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等未來(lái)技術(shù)提升到一個(gè)全新高度。

從2001年開(kāi)始，北京大學(xué)團(tuán)隊(duì)在國(guó)家“973”計(jì)劃、重大科學(xué)研究計(jì)劃和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目，國(guó)家基金委創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)和北京市科委連續(xù)6年的支持下，在碳基電子器件相關(guān)材料和制備工藝的研究中取得一系列突破性進(jìn)展，發(fā)展了一整套碳納米管CMOS集成電路和光電器件的無(wú)摻雜制備新技術(shù)。該技術(shù)的核心為放棄摻雜，通過(guò)控制電極材料達(dá)到選擇性地向晶體管注入電子或空穴，實(shí)現(xiàn)晶體管極性的控制。團(tuán)隊(duì)首次實(shí)現(xiàn)了5納米柵長(zhǎng)的碳納米管CMOS晶體管，由此證明了在亞10nm的技術(shù)節(jié)點(diǎn)，碳納米管晶體管在性能和功耗綜合指標(biāo)上較最先進(jìn)的硅基CMOS器件具有10倍以上的優(yōu)勢(shì)，并接近由量子測(cè)不準(zhǔn)原理決定的電子器件理論極限(Science,2017, 355:271)。此外，團(tuán)隊(duì)發(fā)展并采用在完整硅晶片或標(biāo)準(zhǔn)顯示玻璃面板上規(guī)模制備高純碳納米管薄膜技術(shù)，制備出速度達(dá)到單晶硅水平的5.54GHz環(huán)振電路(Nature Electronics, 2018, 1:40)和中等規(guī)模的高性能碳基CMOS集成電路(ACS Nano, 2017, 11:4124)。

2018年，團(tuán)隊(duì)針對(duì)功耗已經(jīng)成為當(dāng)今集成電路的發(fā)展的瓶頸現(xiàn)狀，重新審視了傳統(tǒng)晶體管功耗的物理極限，提出并制備了一種新型超低功耗晶體管—狄拉克源晶體管(Science 2018，361：387)，該技術(shù)采用具有特定摻雜的狄拉克半金屬(石墨烯)作為源端，實(shí)現(xiàn)了超越常規(guī)金屬和半導(dǎo)體的“冷”電子源，大幅降低了傳統(tǒng)晶體管工作所需驅(qū)動(dòng)電壓，為超低功耗納米電子學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，極大推進(jìn)了碳納米管集成電路的競(jìng)爭(zhēng)力和實(shí)用化發(fā)展。該技術(shù)可用于計(jì)算機(jī)及智能手機(jī)芯片、新一代柔性集成電路、醫(yī)用可穿戴傳感器、顯示屏驅(qū)動(dòng)器、軍用抗輻照芯片等。

喜迎二十大，奮進(jìn)新征程。2022年9月1日，由中國(guó)高等教育學(xué)會(huì)組織開(kāi)展的“高等教育這十年 ——新時(shí)代、新科技、新內(nèi)涵”云端系列活動(dòng)將在云上高博會(huì)服務(wù)平臺(tái)正式上線。

活動(dòng)設(shè)立了“守正創(chuàng)新·教育現(xiàn)代化成果展”“開(kāi)拓創(chuàng)新·高校科技創(chuàng)新成果展”“實(shí)踐創(chuàng)新·大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)成果展”三大展區(qū)以及一系列行業(yè)云端研討會(huì)，對(duì)企業(yè)、高校、大學(xué)生優(yōu)秀創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)成果進(jìn)行集中展示，探索產(chǎn)業(yè)發(fā)展新模式、新合作、新思路。