投资界募资月报- 16笔交易：深创投融资50亿；苏州50亿落地
06-17
10月2日，清华大学化学工程系魏飞教授团队以“超纯半导体碳纳米管的速率选择性生长”为题（速率）论文《超纯半导体碳纳米管阵列的选择性生长》在线发表于《自然-通讯》（Nature Communications）。
论文指出，碳纳米管在生长过程中的原子组装速率与其带隙锁定。
金属管数量随长度的指数衰减率比半导体管高几个数量级，当长度达到毫米时，可以实现99.%的超长长度制备。
该方法为制备结构完美、高纯半导体管的水平阵列这一世界性难题提供了一条新的技术路线，对于新一代碳基电子材料的可控制备具有重要价值。
。
随着信息技术的快速发展，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已经失效。
在众多替代材料中，碳纳米管因其纳米级尺寸和优异的高电子空穴迁移率而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15亿美元推动“电子复兴计划”，开发小型化、高性能碳纳米管芯片。
斯坦福大学和麻省理工学院相继研制出基于14000个碳纳米管晶体管的碳纳米管计算机和16位微处理器，充分展示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工程应用和材料制备领域，特别是在单根碳纳米管晶体管无掺杂制备和最小化碳纳米管器件领域具有显着优势。
在碳纳米管宏观制备领域，我们还率先实现了全球最高的团聚和垂直阵列碳纳米管千吨级生产，并在动力电池领域大规模应用。
然而，碳纳米管的结构缺陷和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。
为此，魏飞教授团队十多年来专注于结构完美的超长碳纳米管的研发。
他们发现了分米长度超长碳纳米管的结构一致性，并率先制备出世界上最长的毫米级碳纳米管。
它还验证了舒尔茨-弗洛里分布定律，其中碳纳米管的数量随长度呈指数衰减。
进一步研究发现，金属管和半导体管的数量也满足Schulz-Flory分布，但半导体管的半衰期是金属管的10倍以上。
拉曼散射、瑞利散射光学表征和同位素标记生长速率测试表明，金属管和半导体管半衰期长度的差异是由于碳纳米管自身带隙锁定的生长速率造成的。
缩小多相催化中外扩散和中毒过程的活化能差，从而增加碳纳米管的长度，是实现窄带隙分布半导体管阵列可控制备的关键。
在此基础上，团队设计了层流方形反应器，精确控制空气流场和温度场，优化恒温区结构，将催化剂失活概率降低到百亿分之一，成功实现超7个长水平阵列碳纳米管在4英寸硅片表面大面积生长，最大长度为毫米，单位反应位点的转化数达到1.53×s-1，即数亿个是一般工业反应的两倍。
采用毫米级碳纳米管阵列作为沟道材料制成的晶体管器件具有开关比、高于cm2/Vs的迁移率和14μA/μm的电流密度，首次在阵列上展示了超长碳纳米管的优异电性能等级。
这种利用带隙锁定生长速率实现高纯半导体管可控制备的方法，为半导体材料的原位自发纯化提供了新途径，为新一代高性能碳材料的开发奠定了坚实的基础。
基于集成电子器件。
该工作是魏飞教授团队继实现半米长碳纳米管可控制备并原位卷绕成大面积、单手性碳纳米管线圈之后的又一创新性工作。
为实现碳纳米管在高端电子领域的应用提供了基础。
产品和柔性电子器件的应用为促进国家微电子产业的发展提供了可行的路线。
文章通讯作者为魏飞教授。
第一作者为清华大学化学工程系博士生朱振兴、芬兰阿尔托大学应用物理系博士后魏楠、微电子系博士生徐军教授清华大学学士程维军、博士程维军清华大学化学工程系学生。
王耀副教授、张如凡助理教授以及博士生沉博远、孙思磊、高军参与了此项工作。
该研究工作得到了国家重点基础研究发展计划、国家自然科学基金委和北京市科委的资助。
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