北大团队全球首发全碳纳米管互补晶体管电路

北京大学电子学院梁学磊教授团队于2026年7月7日宣布，成功研制出全球首个基于全碳纳米管的互补场效应晶体管数字逻辑电路。

互补场效应晶体管通过垂直堆叠N型与P型器件构成，被国际器件与系统发展路线图列为2纳米以下技术节点的关键结构，预计将于2032年前后实现产业化应用。碳纳米管因其高载流子迁移率、低温工艺兼容性及天然三维集成能力，被广泛视为后硅时代最具前景的沟道材料。但长期以来，基于碳纳米管的真正互补结构器件与功能电路始终未能实现，这一关键环节长期处于空白状态。此次突破首次完成了从材料到电路的全链条验证。

研究过程中，团队主要应对两项技术瓶颈：一是碳纳米管基P型与N型场效应晶体管驱动能力难以协同；二是上层器件加工过程易引发底层器件性能劣化。为此，团队摒弃传统掺杂路径，采用无掺杂CMOS设计理念，通过精细化的器件结构优化，在相同占位面积约束下，使顶层N型与底层P型晶体管实现电学性能的高度均衡与精准匹配。

所制备的互补场效应晶体管反相器在0.2伏至1伏宽工作电压范围内均展现出优异的轨到轨输出特性与显著的能效优势。在1伏供电条件下，其峰值电压增益达164，刷新当前低维半导体互补场效应晶体管反相器的性能纪录。

依托该核心器件，团队进一步构建了包括或非门、或门、与非门、与门在内的基础逻辑单元，并成功实现四晶体管静态随机存取存储器单元。在此基础上，研制出全球首个基于全碳纳米管互补场效应晶体管架构的五级环形振荡器，完成从单管器件到复杂电路的系统性跨越。

该成果填补了碳纳米管在互补场效应晶体管架构方向上的关键技术空白，为面向人工智能与边缘计算场景的高密度近传感计算及感内计算体系提供了全新技术路径与实现基础。