7月7日，北京大学电子学院梁学磊教授团队放出重磅消息：他们成功研制出了全球首个基于全碳纳米管的互补场效应晶体管（CFET）数字逻辑电路。

什么是CFET？

CFET，简单来说，就是通过垂直堆叠N型与P型场效应晶体管，实现更高集成度与性能的器件结构。这项技术已被国际器件与系统路线图明确列为2纳米以下技术节点的关键器件。按规划，预计在2032年前后进入商业化阶段。

碳纳米管：后硅时代的黄金候选者

碳纳米管，一直被公认为后硅时代最具潜力的沟道材料候选者。它兼具高迁移率、低温工艺兼容性以及三维集成优势，听起来几乎是完美的下一代沟道选择。

然而，虽然优点不少，但此前从未真正实现过CFET器件与电路。北大团队这一出手，直接填补了这一空白。

两大核心挑战

团队在研制过程中面临两大核心挑战：

• 碳纳米管P型与N型器件的驱动能力不匹配；
• 上层器件制造过程中，容易导致底层器件性能退化。

这是所有试图堆叠器件的人都必须直面且不易解决的问题。

巧解难题：无掺杂CMOS策略

他们采用了无掺杂CMOS策略。这一招相当聪明：通过优化器件结构设计，让顶层的N型场效应晶体管与底层的P型场效应晶体管，在保持相同占位面积的同时，实现了性能的高度平衡与完美匹配。

卓越性能：打破纪录

最终制备出的CFET反相器，在0.2到1伏的宽电压范围内，都表现出极佳的轨到轨传输特性和低功耗优势。在1伏工作电压下，峰值电压增益高达164。这个数字，直接创下了当前低维半导体CFET反相器的最高纪录。

从器件到完整逻辑电路

基于这个突破，团队进一步构建了以下逻辑模块：

• 或非门、或门、与非门、与门
• 4管静态随机存取存储器单元
• 全球首个基于全碳纳米管CFET架构的五级环形振荡器

可以说，从基础器件到完整逻辑电路，这套架构已经跑通了。

意义深远：硅基芯片迎来真正挑战者

这项研究直接填补了碳纳米管CFET架构的关键空白。更长远来看，它为面向人工智能与边缘计算领域的高密度近传感与感内计算架构，开辟了一条全新的路径。硅基芯片，又多了一位真正的挑战者。

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