搜索热:董洪标 晶间腐蚀
扫一扫 加微信
欢乐城彩票登陆 > 科研探索 > 科学研究 > 消息正文
清华大学魏飞团队实现一步法制备99.9999%半导体碳纳米管阵列
发布:lee_9124   时间:2019/10/5 16:17:42   阅读:155 
10月2日,清华大学化学工程系魏飞教授团队题为“超纯半导体性碳纳米管的速率选择生长”( Rate selected growth of the ultrapure semiconducting carbon nanotube arrays)的论文在《自然-通讯》(Nature Communications)上在线发表。
 
该论文研究指出,碳纳米管在生长过程中的原子组装速率与其带隙相互锁定,金属管数量随长度的指数衰减速率比半导体管高出数量级,在长度达到154mm后可实现99.9999%超长半导体管阵列的一步法制备,这一方法为制备结构完美、高纯半导体管水平阵列这一世界性难题提供了一项全新的技术路线,对新一代碳基电子材料的可控制备具有重要价值。
 
随着信息技术的高速发展,半导体芯片已成为数字经济和国家安全的重要基础。近年来,以硅基材料为核心的摩尔定律宣告失效,在众多替代材料中,碳纳米管凭借纳米级尺寸和优异的电子空穴高迁移率成为新一代芯片电子的理想候选材料。美国国防高级研究计划局宣布投资15亿美元推进“电子复兴计划”,用于开发微型化、高性能碳纳米管芯片。斯坦福大学和麻省理工学院相继研发出碳纳米管计算机和基于1.4万个碳纳米管晶体管构筑的16位微处理器,充分展现了碳纳米管在后硅时代的发展潜力。
 
我国在碳纳米管电子器件及材料制备的工程应用领域具有显著优势,特别是在单根碳纳米管晶体管无掺杂制备及最小碳纳米管器件领域做出了众多原创性贡献。在碳纳米管宏量制备领域,也已率先实现世界最高、千吨级产量聚团状和垂直阵列状碳纳米管的批量制备,并在动力电池领域规模化应用。然而,碳纳米管的结构缺陷、手性结构控制仍然是制约高性能碳基芯片应用的关键问题。
 

 
高纯度半导体性碳纳米管阵列的速率选择生长
 
为此,魏飞教授团队专注结构完美超长碳纳米管的研发10余年,发现超长碳纳米管在分米级长度上的结构一致性,率先制备出世界上最长的550mm碳纳米管,并验证了碳纳米管的数量随长度呈现指数衰减的Schulz-Flory分布规律。进一步研究发现,金属和半导体管的数量也各自满足Schulz-Flory分布,但半导体管的半衰期长度是金属管的10倍以上。拉曼散射、瑞利散射光学表征及同位素标记的生长速度测试表明,金属与半导体管的半衰期长度差异源于碳纳米管自身带隙锁定的生长速度。缩小非均相催化中外扩散与毒化过程的活化能差异,从而提高碳纳米管的长度,是实现具有窄带隙分布的半导体管阵列可控制备的关键。据此,该团队设计层流方形反应器,精准控制气流场和温度场并优化恒温区结构,将催化剂失活几率降至百亿分之一,成功实现了超长水平阵列碳纳米管在7片4英寸硅晶圆表面的大面积生长,最长长度650mm,单位反应位点转化数达到1.53×106 s-1,是一般工业反应的上亿倍。用154mm处的碳纳米管阵列作为沟道材料制作的晶体管器件,开关比108,迁移率4000cm2/Vs以上,电流密度14 μA/ μm,首次展现了超长碳纳米管在阵列水平的优异电学性能。这种利用带隙锁定生长速度实现高纯半导体管可控制备的方法,为原位自发提纯半导体材料提供了一种全新路线,为发展新一代高性能碳基集成电子器件奠定了坚实的基础。
 
该工作是魏飞教授团队继实现半米长碳纳米管可控制备及原位卷绕成大面积、单手性碳纳米管线团后的又一创新性工作,为实现碳纳米管在高端电子产品及柔性电子器件中的应用,推动国家微电子行业发展提供了可行的路线。


来源:新材料在线
 
相关信息
   标题 相关频次
 #电子材料周报#电子高速公路,想象你的电脑可以被卷起来
 2
 可响应触觉和化学刺激的纳米碳管基材料
 2
  碳家族再添新成员 由18个原子组成的环碳问世
 1
 #电子材料#首次发现微磁区导电,有望扩展磁存储空间
 1
 #电子材料#物理学家在量子电子学领域迈出重要一步
 1
 #电子材料周报#超晶格设计实现多铁性特征
 1
 #电子材料周报#浸涂技术开发新型纤维状发光二极管
 1
 #电子材料周报#看电子如何在新材料中“旅行”
 1
 #电子材料周报#量子计算机运行速度逆天
 1
 #电子材料周报#石墨烯“蛾眼”
 1
 #电子材料周报#史无前例的超导石墨烯薄片
 1
 #电子材料周报#芯片超材料助力量子计算机发展
 1
 #电子材料周报#新型电池——钠离子电池
 1
 #电子材料周报#新型荧光材料,“看透”你的身体
 1
 #电子材料周报#有望实现光通路的硅基超材料
 1
 #电子材料周报#智能传感器,嘈杂中亦可听见声音
 1
 #电子材料周报#自愈传感器,“电子皮肤”不再遥远
 1
 #高分子材料周报#大显神通的木纤维素
 1
 #新能源周报#能源与设备间正走向无线化
 1
 “最黑材料”可吞噬绚丽钻石
 1
 《Nature》重大里程碑:史上最大碳纳米管芯片!
 1
 《Nature》子刊发表我国学者碳纳米材料生物毒性重磅文章
 1
 《Nature》子刊重磅:北大彭练矛课题组制备出高性能碳管晶体管!
 1
 《Science》重磅!在室温下观察到电子在石墨烯表面“冲浪”!
 1
 《Science》子刊:高性能碳纳米管透明导电薄膜研究取得进展
 1
 《自然》:蓝绿藻+碳纳米管造生物光伏电池可经生物降解
 1
 《自然》《科学》一周(10.12-10.18)材料科学前沿要闻
 1
 《自然》杂志评出2015年度十大人物 两中国科学家上榜
 1
 1nm晶体管面世,摩尔定律有救?
 1
 2016国家重点研发计划重点专项公示 18.8亿资金重点支持基础材料、电子材料
 1
 3D打印碳纳米管与聚合物复合材料的焊接
 1
 3D碳纳米管计算机芯片问世
 1
 90%纯度碳纳米管水平阵列合成 新方法具有发展空间
 1
 Adv. Mater.:分子-石墨烯杂化材料构筑高灵敏压力传感器
 1
 CNTs/AZ91复合材料的摩擦磨损性能
 1
 IBM曹庆-Science:造出世界上最小的碳纳米管晶体管
 1
 IBM碳纳米管商用技术取得重大突破
 1
 JACS:金属有机骨架基碳纳米管的定向形成
 1
 MIT研发通过燃料包覆碳纳米管燃烧发电
 1
 NASA探索利用碳纳米管进行航空航天应用
 1
 NASA运用纳米技术降低航天系统重量
 1
 Nature Materials:富勒烯封装调制单个碳纳米管的热和热传输性能
 1
 Nature Nanotechnology:6月纳米前沿精选科研成果
 1
 Nature子刊:解思深院士-网状碳纳米管结构制作高性能紧凑柔性热电模块
 1
 TUBALL单壁碳纳米管助力电池能量密度发展
 1
 蚌埠打造千亿级硅基新材料产业集聚发展基地
 1
 包覆镍CNTs/AM60复合材料铸态显微组织与力学性能
 1
 包覆镍的碳纳米管增强AZ91镁基复合材料的显微组织与力学性能
 1
 北大超薄柔性电子器件研究取得重要进展
 1
 北京大学研制成功10nm碳纳米管CMOS器件
 1
一周新闻 Top 10
新品发布
专题报道
极速快3 重庆龙虎微信群 荣鼎彩 欢乐城彩票登陆 极速飞艇平台 奔驰彩票开奖 安徽快3走势 北京幸运28 159彩票app 荣鼎娱乐