碳纳米晶体管性能首次超越硅晶体管

新华社华盛顿9月6日电(记者林)美国研究人员6日宣布，他们已经成功研制出一种碳纳米晶体管，这种晶体管首次超过了现有的硅晶体管，有望为碳纳米晶体管在未来取代硅晶体管铺平道路。

硅是目前主流的半导体材料，广泛用于各种电子元件。然而，由于硅本身的性质，传统的半导体技术被认为接近极限。碳纳米管具有硅的半导体特性。科学界希望用它们来制造速度更快、能耗更低的下一代电子元件，从而延长智能手机和笔记本电脑等设备的电池寿命、无线通信速率和更快的计算速度。

然而，长期以来，碳纳米管作为晶体管面临着一系列挑战，其性能一直落后于硅晶体管和砷化镓晶体管。美国威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员在最新一期的《美国科学进步杂志》上展示了他们克服的多重困难。

首先是净化。碳纳米管经常与一些金属纳米管混合，在类似的电子设备中容易造成短路效应，干扰碳纳米管的半导体性能。然而，研究人员发明了一种聚合物纯化技术，成功地将碳纳米管中金属纳米管的含量降低到0.01%以下。

第二个挑战是碳纳米管的阵列控制极其困难。为了获得性能良好的晶体管，碳纳米管必须以适当的顺序组合，以保持它们之间的适当距离。为此，研究人员开发了一种叫做“浮动蒸发自组装”的技术来解决这个问题。

第三个挑战是碳纳米管必须与晶体管的金属电极保持良好的电接触。研究人员在纯化过程中使用的聚合物在碳纳米管和金属电极之间形成绝缘层，因此他们将碳纳米管放入真空容器中进行“烘烤”，以去除绝缘层并通过熔化去除残留杂质，从而确保良好的电接触。

最后，研究人员获得的碳纳米晶体管的载流能力是硅晶体管的1.9倍，并在此基础上成功研制了一个2.54平方厘米的晶片。接下来，他们将尽最大努力将这一过程扩展到商业生产层面。

研究带头人之一的迈克尔·阿诺德教授在一份声明中表示，这是推动碳纳米管在高速通信和其他半导体电子技术中应用的一个“重要里程碑”和关键步骤，这将有助于继续推动计算机行业相关性能的高速发展，特别是在无线通信技术领域。