2020 年之后的電子學：碳基電子學的機遇和挑戰(zhàn)

彭練矛

北京大學電子學系，納米器件物理與化學教育部重點實驗室

　　信息技術(shù)的基礎是微電子集成電路的發(fā)展。微電子始于40 年前美國Bell 實驗室肖特里、巴丁等人關(guān)于晶體管的發(fā)明。之后微電子特別是硅基CMOS 集成電路技術(shù)在硅谷等地得到了奇跡般的發(fā)展，造就了包括Intel 在內(nèi)的眾多頂級高科技公司，為美國近40 年的經(jīng)濟繁榮做出了不可磨滅的功績。然而傳統(tǒng)硅基CMOS 技術(shù)在2020 年左右將達到其性能極限，目前即將面臨重大選擇。特別是高k 和納米材料的發(fā)展引發(fā)了是否可以放棄硅材料的討論。

　　雖然目前還沒有關(guān)于后摩爾時代CMOS 技術(shù)如何發(fā)展的定論，但最新的關(guān)于碳納米管和半導體納米線的研究表明我們可以利用一維納米材料特殊的性能，包括非平衡、量子、彈道輸運等特點，繞過目前納電子集成電路所面臨的極為困難的技術(shù)問題，如器件加工精度，摻雜的數(shù)目和穩(wěn)定性的控制等困難，制備出性能均勻的簡單CMOS 電路。這些進展為進一步的規(guī)模集成基于納米材料的納電子電路奠定了基礎。

　　本報告將簡單地回顧一下基于一維納米材料特別是碳納米管的CMOS 技術(shù)的發(fā)展，目前所面臨的困難，以及可能的解決途徑以及展望。

個人簡歷：

　　1982 年畢業(yè)于北京大學無線電電子學系。1983 年通過李政道先生主持的CUSPEA 計劃赴美, 于亞利桑那州立大學美國高分辨電子顯微學中心師從J.M. Cowley 教授, 1988 年獲博士學位。1989 年至英國牛津大學, 任M.J. Whelan 教授的研究助手。1990 年被選為牛津大學Glasstone Fellow，國際電子顯微學會聯(lián)合會Presidential Scholar。1994 年底回國,獲首屆國家杰出青年科學基金資助。1999 年被北京大學聘為教育部首批“長江學者獎勵計劃”特聘教授。2000 年當選為英國物理學會Fellow 。主要研究領(lǐng)域為納米結(jié)構(gòu)、物性和相關(guān)器件。在Nature Photonics,Nature Communication,Nano Lett.,Phys. Rev. Lett.等雜志上發(fā)表論文300 余篇，論文被引用6000 余次，其中12 篇進入近10 年相應學科引用影響力前1%，入選ESI 高被引用論文。2001 年 “亞納米碳管的穩(wěn)定性研究”被選為2000 年中國高校十大科技進展，入選2000 年中國基礎科學研究十大新聞;2010 年完成的“定量電子顯微學方法與氧化鈦納米結(jié)構(gòu)研究”項目獲得國家自然科學二等獎;2011年主持的“實現(xiàn)碳納米管的高效光伏倍增效應”項目入選2011 年度中國科學十大進展。現(xiàn)任北京大學電子學系主任，北京大學微納超凈加工實驗室主任，教育部納米器件物理與化學重點實驗室主任，國際晶體學會電子晶體學委員會主席，中國晶體學會、電子顯微鏡學會副理事長。