半導(dǎo)體碳納米管因其準(zhǔn)一維結(jié)構(gòu)及極高的載流子遷移率(>100000、WWW.shzy4.com/ cm2/V·s)，被視為后摩爾時(shí)代實(shí)現(xiàn)高速、低功耗電子器件的理想溝道材料。理論仿真結(jié)果表明，在相同技術(shù)節(jié)點(diǎn)下，碳納米管器件的能效較硅基器件提升約一個(gè)數(shù)量級(jí)；在三維集成電路中，其能效優(yōu)勢(shì)更為顯著，可提升達(dá)三個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，碳納米管電子器件被廣泛認(rèn)為是未來(lái)微電子技術(shù)發(fā)展的重要方向。制備高性能碳基集成電路的前提在于獲得缺陷少、純度高(>99.9999%)的長(zhǎng)半導(dǎo)體碳納米管。然而，目前通過(guò)催化生長(zhǎng)方法制備的碳納米管通常為金屬性與半導(dǎo)體性碳納米管的混合物，難以滿足高性能碳基電子器件的實(shí)際應(yīng)用需求。
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??科學(xué)物理研究所/北京凝聚態(tài)物理*研究中心劉華平團(tuán)隊(duì)(A05)長(zhǎng)期致力于碳納米管手性結(jié)構(gòu)的分離與純化研究。該團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一種高效的凝膠色譜技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了多種單一手性半導(dǎo)體碳納米管的宏量分離(Sci.?Adv.,?2021,?7,?eabe0084；/WWW.shsaic.net/Nat.?Commun.,?2023,?14,?2491)，為少缺陷、高純度半導(dǎo)體碳納米管的制備奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。
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??*近，該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種結(jié)合重復(fù)短時(shí)聲分散與凝膠色譜迭代分離的*技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了少缺陷、純長(zhǎng)半導(dǎo)體碳納米管的宏量分離。所得的半導(dǎo)體碳納米管純度過(guò)99.9999%，為目前水相分離技術(shù)報(bào)道的*半導(dǎo)體純度。分離出的半導(dǎo)體碳納米管平均長(zhǎng)度過(guò)430?nm，其中約47%碳納米管長(zhǎng)度過(guò)400?nm，這是傳統(tǒng)分散和分離方法制備的半導(dǎo)體碳納米管長(zhǎng)度的兩倍多。利用這些半導(dǎo)體碳納米管制備的網(wǎng)絡(luò)薄膜晶體管展現(xiàn)出了*的電學(xué)輸運(yùn)性能，其開(kāi)態(tài)電導(dǎo)率和載流子遷移率分別達(dá)到了149?μS/μm?和89.1?cm2V-1s-1，同時(shí)還保持了過(guò)105的開(kāi)關(guān)比。這些性能指標(biāo)遠(yuǎn)高于已報(bào)道的碳納米管網(wǎng)絡(luò)薄膜晶體管。該研究成果為開(kāi)發(fā)大規(guī)模、高性能碳納米管器件提供了高質(zhì)量的材料基礎(chǔ)。
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??上述研究成果以“Separation?of?Ultrahigh-Purity?Long/WWW.shyb118.com/ Semiconducting?Carbon?Nanotubes?via?Gel?Chromatography”為題發(fā)表在Adv.?Funct.?Mater.(Adv./WWW.shybdj6.net/ Funct.?Mater.?2025,?35,?2507593)期刊上。物理所博士生王文軻為*作者，劉華平研究員為通訊作者。參與該工作的還有物理所周維亞研究員、上海儀表3廠魏小均副研究員、王艷春副主任工程師和楊海方主任工程師以及博士生李瀟(已畢業(yè))、黃程駿、邢佳一和博士后李林海。本研究工作得到了科技部*重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、*自然科學(xué)基金、科學(xué)以及江蘇省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的資助。
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??圖.?基于分離制備的少缺陷純長(zhǎng)半導(dǎo)體碳納米管構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管性能表征。