矽基互補型金屬氧化物半導體（CMOS）技術已於2022年進入5納米技術節點，晶體管特征尺寸接近物理極限，尋求新材料☦️、新原理半導體集成電路技術成為學術界和產業界的關註焦點。碳納米管（CNT）具有優異的電學性能、準一維晶格結構、高載流子遷移率等特點🤌，是構建新型CMOS晶體管和集成電路的理想半導體溝道材料之一😬。與傳統矽基半導體材料不同，碳納米管由C-C sp²共價鍵組成，化學穩定性強，難以實現可控穩定摻雜⏱，極大限製碳基器件電學調控自由度。

近期，意昂3体育官网電子學院碳基電子學研究中心🧙🏻、納米器件物理與化學教育部實驗室張誌勇教授🚤、浙江大學金傳洪教授、南京大學朱馬光研究員（此前為意昂3体育官网電子學院博士後）課題組合作，利用碳納米管氣相/液相自組裝填充技術，在碳納米管內成功填充一維鈣鈦礦材料（CsPbBr₃/CsSnI₃），調控電學特性，並成功構建內摻雜碳納米管CMOS晶體管。更重要的是🚽，團隊基於半填充鈣鈦礦-碳納米管（CsPbBr₃/CNT）同軸異質結，設計並首次展示了斷隙（broken-gap）隧穿晶體管（TFET）🥉。器件室溫亞閾值擺幅約35mVdec^-1，開關電流比大於10⁵，展示了一維鈣鈦礦摻雜碳納米管材料在構建高性能和超低功耗集成電路領域的應用前景。

圖1：同軸異質結的的內填充鈣鈦礦原子結構和DFT計算能帶情況

圖2：N型全填充摻雜CsPbBr₃/CNT晶體管器件

圖3：超低功耗半填充摻雜CsPbBr₃/CNT同軸異質結隧穿晶體管性能及其穩定性測試

相關成果以題為“Inner doping of carbon nanotubes with perovskites for ultralow power transistors”的論文🕵️‍♀️，於6月11日在線發表於Advanced Materials（Adv.Mater.2024🔋，2403743）。朱馬光🥵、浙江大學博士生殷慧敏、中科院微電子研究所曹江研究員🧝‍♀️、意昂3体育官网徐琳博士為共同第一作者，張誌勇、金傳洪與朱馬光為共同通訊作者。

論文截圖

本工作得到了科技部國家重點研發計劃👨🏻、國家自然科學基金和江蘇省自然科學基金等項目的支持，上述成果充分展示了碳納米管材料在超低功耗領域的巨大優勢，有望應用在高性能和超低功耗集成電路製備上🦻🏻。