半導體碳納米管因其準一維結構及極高的載流子遷移率(>100000、WWW.shzy4.com/ cm2/V·s)，被視為后摩爾時代實現高速、低功耗電子器件的理想溝道材料。理論仿真結果表明，在相同技術節(jié)點下，碳納米管器件的能效較硅基器件提升約一個數量級；在三維集成電路中，其能效優(yōu)勢更為顯著，可提升達三個數量級。因此，碳納米管電子器件被廣泛認為是未來微電子技術發(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%)的長半導體碳納米管。然而，目前通過催化生長方法制備的碳納米管通常為金屬性與半導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際應用需求。
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??科學物理研究所/北京凝聚態(tài)物理*研究中心劉華平團隊(A05)長期致力于碳納米管手性結構的分離與純化研究。該團隊發(fā)展了一種高效的凝膠色譜技術，實現了多種單一手性半導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、高純度半導體碳納米管的制備奠定了重要的技術基礎。
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??*近，該團隊開發(fā)了一種結合重復短時聲分散與凝膠色譜迭代分離的*技術，實現了少缺陷、純長半導體碳納米管的宏量分離。所得的半導體碳納米管純度過99.9999%，為目前水相分離技術報道的*半導體純度。分離出的半導體碳納米管平均長度過430?nm，其中約47%碳納米管長度過400?nm，這是傳統(tǒng)分散和分離方法制備的半導體碳納米管長度的兩倍多。利用這些半導體碳納米管制備的網絡薄膜晶體管展現出了*的電學輸運性能，其開態(tài)電導率和載流子遷移率分別達到了149?μS/μm?和89.1?cm2V-1s-1，同時還保持了過105的開關比。這些性能指標遠高于已報道的碳納米管網絡薄膜晶體管。該研究成果為開發(fā)大規(guī)模、高性能碳納米管器件提供了高質量的材料基礎。
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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*重點研發(fā)計劃、*自然科學基金、科學以及江蘇省重點研發(fā)計劃的資助。
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