近年来,我国航天事业蓬勃发展,特别是深空探测的兴起,对抗辐照芯片提出了更高的要求。但传统硅基半导体技术已达极限,未来发展面临巨大挑战。目前,全球科研人员普遍认可碳基半导体技术有望替代硅基半导体技术,成为未来的主流技术。
离子胶碳纳米管抗辐照晶体管
碳纳米管(CNT)具有优异的电学性能、准一维晶格结构、化学稳定性好、机械强度高等特点,是构建新型CMOS晶体管和集成电路的理想半导体沟道材料,有望推动未来电子学的发展。并且,由于碳纳米管具有强碳-碳共价键、纳米尺度横截面积、低原子数等特点,可以用来发展新一代超强抗辐照集成电路技术。但如何将碳纳米管的超强抗辐照潜力真正发挥出来,却是全世界科学家面临的几大难题之一。
近日,首发展投资企业——北京朗润华碳科技有限责任公司的彭练矛、张志勇团队与中科院苏州纳米所赵建文团队联合研究制备出了一种具有超强抗辐照能力的碳纳米管场效应晶体管和集成电路,未来可满足航天航空、核工业等特殊应用场景。8月24日,相关成果“辐照加强碳纳米管集成电路研究”发表在全球顶级学术期刊《自然·电子学》上。此项研究成果意味着我国碳基半导体研究成功突破抗辐照这一世界性难题,为研制抗辐照的碳基芯片打下了坚实基础。
联合课题组在研究过程中,针对场效应晶体管的所有易受辐照损伤的部位有针对性地采用辐照加强设计,系统设计晶体管的结构和材料,制备出了一种新型的、具有超强抗辐照能力的碳纳米管场效应晶体管,抗总剂量辐照可达15Mrad(Si),并发展了可修复的碳纳米管集成电路,为未来的“碳基中国芯”穿上抗辐射防护衣。特殊的设计使得碳基电路像电影《终结者》中的T1000液态机器人,能够完全恢复辐照造成的损伤。
辐照加强碳纳米管集成电路研究”成果论文
北京朗润华碳科技有限责任公司由首发展与北京大学彭练矛教授团队于2015年9月创立,致力于开展碳基集成电路的产业化工作。公司创始团队创造性地提出并实现了碳纳米管“无掺杂CMOS技术”,解决了碳基集成电路的一系列基础问题,发展了高性能碳管CMOS晶体管和光电器件的批量制备技术,并率先实现了中等规模的碳基集成电路制备。后续公司有望将集成电路技术推进到3纳米节点以下,实现速度更快、功耗更低、集成度更高的新型碳基集成电路芯片,推动未来信息技术的发展,为后摩尔时代的电子学带来新一轮的繁荣。
首发展自投资朗润华碳以来,积极提供后续增值服务,加速公司培育、孵化和成长。一是协助对接产业链上下游资源,并支撑创新链整合,加速转化进程。二是将其纳入集团运营孵化载体——中关村前孵化创新中心,帮助团队建成首条4英寸3微米碳基集成电路实验线,并为其争取租金补贴和人才引进等政策支持。三是共同组建北京元芯碳基集成电路研究院,用更高层面的平台和更为开放的机制,实现与国家资源的无缝对接。