日本研发1纳米碳纳米管，GAA晶体管迎来新突破

在半导体行业探索替代硅的新材料进程中，碳纳米管因其理论运算速度可达硅材料三倍且功耗仅为三分之一的优势而备受关注。据日经新闻报道，日本东京大学副教授中西勇介带领的研究团队取得重要进展，成功研发出直径最细仅为1纳米的碳纳米管电路。美国《科学》（Science）期刊于2026年6月初发表了关于该1纳米半导体碳纳米管的研究论文。

据东京大学及《科学》期刊刊载的论文内容显示，实现碳纳米管线路微细化的关键途径之一，是利用过渡金属硫族化合物（TMD）构成的层状半导体。将其制成圆筒状结构后，可适配GAA（环绕栅极）晶体管的栅极需求。然而，由于TMD圆筒容易发生形变，以往通常采用多层结构来保证机械强度，导致其直径普遍超过10纳米。若要实现尺寸的进一步缩减，必须将其单层化。

中西勇介团队此前曾提出一种方案，即以高稳定性的氮化硼纳米管（BNNT）作为内壁，通过气相沉积法在外侧生成TMD，从而将直径缩小至5到10纳米。而在最新研究中，该团队改变了策略，将BNNT作为外壁，并在内层填充TMD材料中的二硫化钼（MoS2）。经过高温加工处理，自然生成了直径小于3纳米的碳纳米管，甚至达到了1纳米的极限尺寸。

据中西勇介透露，这种分子结构类似于漆包线，尽管目前制备出的长度仅为300纳米，且距离实际应用仍有10到20年的多项技术门槛需要跨越，但相较于此前最细5纳米的水平，已实现了巨大飞跃。此外，据日经新闻消息，这一新工艺不仅刷新了最细碳纳米管半导体电路的纪录，还验证了碳纳米管分子卷曲的另一项特性：当生长空间越小时，生成的结晶边界结构越倾向于扶手椅型（Armchair）而非锯齿型（Zigzag）。这一科学发现将为未来开发其他碳纳米管材料及其产品应用提供重要助力。