隨著集成電路密度提高，晶體管的工藝節點不斷微縮，已逼近物理極限。三維互補式場效應晶體管（3D CMOS）技術成為破局的潛在路徑。傳統硅基3D CMOS集成技術熱預算較高，導致工藝復雜成本提高，并可能引發性能退化等問題，限制了其商業應用。

針對上述問題，中國科學院微電子研究所研究員李博與副研究員陸芃團隊，基于碳納米管材料低溫成膜能力，提出碳納米管/硅異質集成的3D CMOS技術，實現了180nm SOI器件后道的低溫碳納米管器件集成。該團隊提出面向高性能數字電路應用的工藝優化方案，可實現碳納米管器件閾值電壓的精準調控，可完成N、P晶體管電學特性的匹配，使3D CMOS噪聲容限提升，同時實現高增益、超低功耗和高均一性等優異性能。

進一步，為論證這一述技術在先進工藝節點中的集成能力，團隊使用TCAD仿真搭建了14nm FinFET/CNT 3D CMOS電路單元。理論分析顯示，該技術在噪聲容限和功耗方面優于商用14nm-FinFET工藝。

相關研究成果以Low-Thermal-Budget Construction of Carbon Nanotube p-FET on Silicon n-FET toward 3D CMOS FET Circuits with High Noise Margins and Ultra-Low Power Consumption為題，發表在《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）上。該工作由微電子所、南京大學、安徽大學合作完成。?

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圖1 碳硅三維異質集成CMOS FET器件示意圖

圖2 碳納米管器件與硅基器件的電性匹配

圖3 碳硅CMOS FET器件電學性能表現