DNA模板提升高性能晶体管潜力

仙仙

北京大学碳基电子学研究中心、纳米器件物理与化学教育部重点实验室研究员孙伟课题组与厦门大学教授朱志课题组、清华大学研究员唐建石课题组、美国国家标准与技术研究院博士郑明合作，探索生物—碳纳米管复合界面及大面积取向排列的调控新方法。相关研究成果近日在线发表于《科学》。


生物自组装结构具有精细的三维形貌，其关键结构参数小于光刻等传统纳米加工手段的分辨率极限。利用自组装生物分子作为加工模板，人类目前已实现金属材料、碳基材料、氧化物材料的可控形貌合成。然而，基于生物模板的电学器件的性能远落后于通过蚀刻或薄膜方法制备的同类器件，且缺乏长程取向规整性，因而制约了生物模板在高性能器件中的应用。


孙伟等以组装于脱氧核糖核酸（DNA）模板的平行碳纳米管阵列作为模型体系，研究界面生物分子组成对器件性能的影响，开发了一种基于固定—洗脱策略的界面工程方法，在不改变碳管排列的基础上，有效去除界面处的金属离子及生物分子等杂质。经过界面工程，基于生物模板的碳管阵列晶体管显示了良好的开态性能和快速电流开关切换，展现出高精准度生物模板在高性能晶体管领域的应用潜力。


基于空间限域效应，他们还发展了阵列取向排列的新方法，探讨了决定取向排列精准度的关键因素。在高性能电子器件和生物分子自组装的交叉领域，这一方法具有实现基于生物模板的大规模电子器件的潜力。