我國科研團隊在紙基碳納米管CMOS晶體管與集成電路領(lǐng)域取得重要進展
近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)概念的興起，電子產(chǎn)品不斷向輕薄化、柔性化、功能化和超低功耗的方向發(fā)展，紙基電子技術(shù)和特種功能電子電路在時代的召喚下應運而生。與傳統(tǒng)電子器件相比，紙基電子器件具有重量輕、可回收和可生物降解等優(yōu)點，有望發(fā)展環(huán)境友好型電子器件。另外，紙基襯底輻照俘獲電荷少，抗輻照強，同時有望構(gòu)建特種應用電子器件。因此，基于紙基實現(xiàn)具有特殊應用的超低功耗電路具有重要研究意義。但是目前研究所報道的紙基電子器件功能單一，多為傳感器或單極型晶體管，低功耗紙基CMOS場效應晶體管與單元門電路仍難以實現(xiàn)。 } $zJdf,\
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近日，北京大學張志勇課題組與中國科學院蘇州納米所趙建文課題組合作，利用碳納米管開關(guān)比高、化學穩(wěn)定性好、機械強度高、準一維結(jié)構(gòu)等優(yōu)勢，利用絲網(wǎng)印刷結(jié)合摻雜技術(shù)在紙質(zhì)基底上制備了碳納米管薄膜晶體管。團隊發(fā)展了兩種重要的調(diào)節(jié)器件的技術(shù)，第一，通過在原始p型晶體管上印刷環(huán)氧胺層，將其轉(zhuǎn)化成n型晶體管，第二，通過調(diào)節(jié)碳納米管薄膜的打印次數(shù)，有效控制晶體管的閾值和跨導�；谝陨霞夹g(shù)基礎，首次在紙基襯底上構(gòu)建了增強型碳納米管CMOS晶體管，并基于此制備了多種印刷電路。所構(gòu)建的紙基CMOS反相器能夠?qū)崿F(xiàn)0.2 V超低工作電壓，0.0124 pW/μm的超低功耗和2 Mrad的抗輻照能力，這些性能展示了紙基碳納米管集成電路在環(huán)境友好型電子學與抗輻照電子學等領(lǐng)域的應用前景。 LM~,`#3 Ru
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圖1.印刷增強型紙基碳納米管晶體管 G|"`k Aa
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圖2.超低功耗紙基CMOS反相器和NAND電路 v.aSf`K
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圖3.紙基抗輻照CMOS電路 7fB:wPlG;
相關(guān)成果以題為《利用紙基增強型碳納米管晶體管制備的超低功耗和抗輻照互補金屬氧化物半導體電子器件》（“Ultralow-power and radiation-tolerant complementary metal-oxide-semiconductor electronics utilizing enhancement-mode carbon nanotube transistors on paper substrates”）的論文，于8月27日在線發(fā)表于《先進材料》（Adv.Mater.2022, 2204066），中國科學院蘇州納米所王欣與北京大學電子學院朱馬光博士為共同第一作者，北京大學電子學院張志勇教授與中國科學院蘇州納米所趙建文研究員為共同通訊作者。 k/|j e~$
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本工作得到了科技部國家重點研發(fā)計劃和國家自然科學基金等項目的支持，上述成果充分展示了碳納米管材料在低功耗以及抗輻照特性的巨大優(yōu)勢，有望應用于低功耗可穿戴物聯(lián)網(wǎng)器件以及深空探測等領(lǐng)域。 luEP5l2&
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相關(guān)鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202204066
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紙基CMOS晶體管