北大碳基团队出新招 全球“老大难”问题首次彻底破解

日前，北京大学碳基电子学研究中心张志勇-彭练矛团队再次取得重要进展，团队制定出名为“加强互补型逻辑电路”的新方案并测试成功。该方案彻底解决了困扰业内已久的碳基集成电路中碳纳米管漏电流高、电压损耗大的问题，在不损失性能的情况下，将静态功耗降低至原来的千分之一。这种结构在全球范围内尚属首次。

该成果以《基于窄带隙半导体的高性能、低功耗电路应用的强反馈互补金属氧化物半导体逻辑》为题，在线发表于材料领域著名期刊《美国化学学会. 纳米》。北京大学电子学系博士研究生赵晨怡、仲东来为共同第一作者，张志勇、彭练矛为共同通讯作者。值得关注的是，加强互补型逻辑电路不仅在不增加电源数目的情况下有效抑制窄带隙半导体集成电路中的漏电流和逻辑损耗，它还可以推广到任何窄带隙半导体的集成电路中，比如像铟砷超大规模的集成电路。可以说，加强互补型逻辑电路的应用范围广、性能高且功耗更低。也是由于其以上特点，张志勇教授将此方案命名为“加强互补型逻辑电路”。

   图1 加强互补型逻辑电路逻辑结构图                              图2 加强互补型逻辑反相器特性曲线展示

在碳基集成电路研究领域中，如何在不损失性能的情况下有效抑制窄带隙半导体集成电路中的漏电流和逻辑损耗，是碳基半导体研发过程中绕不过去的难题，它严重阻碍了新材料半导体在超大规模集成电路中的应用。该问题也因此被业内人士视为“老大难”，很多团队对此毫无头绪。

论文第一作者赵晨怡表示：“我们之前也尝试过其它方法但效果都不好，损耗依旧很大。后来反复试验一点点梳理才找到了问题所在。于是，我们对结构进行重新设计并制定了新的试验方案，又经过近半年的试验才最终取得成功。”科研之路漫漫，在此过程中，赵晨怡非常感谢她的恩师张志勇教授。

“在整个实验过程中，张老师全程指导，倾注了很多时间和精力，用他丰富扎实的理论知识和实践经验给我们指引，避免我们走弯路。团队研究碳基至今，确实遇到了很多困难，但我对碳基集成电路的未来充满信心。张老师用实际行动告诉了我们一个道理——路虽远行则将至,事虽难做则必成。”赵晨怡如是说。

图3 论文第一作者赵晨怡