前文提及碳基半导体与现在的硅基半导体比较，其制备成本更低，但运行功耗更低，效率却更高，是一种更好的半导体材料，因而很可能是下一代晶体管集成电路的最理想材料 (图 Google Images)。如果碳基半导体研制成功，芯片内部的晶体管栅极 (Gate) 就不再是硅，而会是碳了！ 
碳基半导体材料是1991年被日本物理学家饭岛澄男偶然发现地 (图 Google Images)。当时饭岛澄男就职于日本筑波市的日本电气 (NEC) 基础研究所，从事纳米科学、电子显微镜学研究。一天，饭岛用高分辨透射电子显微镜，观测用电弧法产生的碳纤维产物，意外发现了碳纳米管，它呈六边形排列的碳原子构成的单层或者多层圆管 (图 Google Images)。经深入分析研究发现，在制备高性能晶体管方面，碳纳米管具有超高的电子和空穴迁移率、原子尺度的厚度以及稳定的结构等优势。2011年，饭岛澄男入选为中国科学院外籍院士，此乃题外话 (重视人才?)。 
饭岛澄男的发现让正为摩尔定律终结所困扰的半导体业界大为振奋，纷纷出资投向碳纳米管晶体管的研究。对碳纳米半导体材料的研究由此如火如荼般展开，并不断取得进展，尤其是在世界的超级科技大国美国 (图 Google Images)。 
对碳纳米管半导体技术的研发注定不会一帆风顺的，因为要实现大规模高性能集成电路，对碳纳米管的品质要求非常严苛。杜克大学 (Duke University ) 教授亚伦·富兰克林 (Aaron Franklin) (图 Google Images) 在其2013年发表于《自然》(Nature) 的一篇评述性文章中提出了碳纳米管的量化指标，即半导体纯度超过99.9999% (6个9)、密度达到100-200每微米。杜克大学目前也是国际上攻关碳纳米管集成电路的主要研究阵地之一 (图 Google Images)。 
具体来说，为了满足大规模高性能集成电路的要求，需要碳纳米管晶体管同时满足： 1、排列和密度方面，需要一种高取向阵列方法，要求在1微米中放下100至200根碳纳米管，以保证晶体管数目； 2、纯度方面，需要半导体纯度大于99.9999%、或者金属型碳管含量小于0.0001%，以保证半导体性。 实践证明，有了正确的技术路线，持续地投入资金和人才，各种困难、障碍都是可以克服和超越的。这不，1998年，IBM研究人员制作出全球第一只碳纳米管晶体管，之后更持续投入资源推进研制碳纳米管晶体管。2012年，IBM研究人员制造出一个沟道长度为9nm的碳纳米管晶体管。这是世界上首个可以在10nm节点以下工作的晶体管。同年，IBM基于标准半导体制程，研发出了将超过1万个碳纳米管晶体管集成到一颗硅芯片中的技术。他们发现碳纳米晶体管的电子比硅质设备运行得更快，是晶体管最理想的结构形式。基于其科研实践和理论分析，IBM科学家2012年10月28日宣布，他们最新研制的碳纳米管芯片符合“摩尔定律”周期，即计算机芯片每18个月集成度翻番，价格减半 (图 Google Images)。 
未完待续 参考资料 北京碳基集成电路研究院. (2020). 5纳米碳纳米管CMOS器件研制成功. 链接 http://www.bicic.com.cn/article/105 董温淑. (2020). 中国碳基半导体研究团队再登顶刊！为3nm制程提供另一种选择. 搜狐. 链接 https://www.sohu.com/a/415044632_115978 麦洛. (2020). 专访北大碳基芯片团队：我们换道走了20年，觉得能走下去. 北京大学新闻网. 链接 https://news.pku.edu.cn/mtbdnew/ee024da5367d47a9a2ffebb8a3d3df12.htm 萧凯承. (2020). 碳基芯片或许是中国芯片“换道超车”之路. 知乎. 链接 https://zhuanlan.zhihu.com/p/145522573 吴昕，力琴. (2020). 北大与MIT硬核较量：后摩尔时代,「碳基半导体」成为中美竞逐新焦点. 澎湃. 链接 https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_7722174 Atherton, K. (2020). Should US Pay Semiconductor Makers To Compete Vs. China? BREAKING DEFENSE. 链接 https://breakingdefense.com/2020/07/should-us-pay-semiconductor-makers-to-compete-vs-china/ Bourzac, K. (2020). Carbon nanotube computers face a make-or-break moment. c&en,97(8). 链接 https://cen.acs.org/materials/electronic-materials/Carbon-nanotube-computers-face-makebreak/97/i8 Ham, B. (2020). Carbon nanotube transistors make the leap from lab to factory floor. MIT News. 链接 https://news.mit.edu/2020/carbon-nanotube-transistors-factory-0601 MIT Technology Review/科技评论. (2020). 北大 vs 麻省理工学院！全球两大顶级碳基芯片团队已低调开启另一场“芯片竞速赛” | 专访. 链接 http://www.mittrchina.com/news/5253 Nield, D. (2020). In a Huge Milestone, Engineers Build a Working Computer Chip Out of Carbon Nanotubes. Science Alert. 链接 https://www.sciencealert.com/carbon-nanotubes-chip-is-a-nanotechn-landmark-that-could-take-us-beyond-silicon Savage, N. (2020). Dipping technique makes high-performance carbon nanotube circuits. c&en. 链接 https://cen.acs.org/materials/electronic-materials/Dipping-technique-makes-high-performance/98/web/2020/05 Waldrop，M. (2016). The chips are down for Moore’s law. Nature. 链接 https://www.nature.com/news/the-chips-are-down-for-moore-s-law-1.19338 |
