传统的硅基半导体技术是信息社会的基础，推动了人类社会的深刻变革。硅基集成电路的发展一直遵循摩尔定律，其集成度每隔18个月翻一番，从而使自身性能不断提高。然而随着器件尺寸的持续缩减和集成度的增加，近年来硅基器件逐渐逼近其物理极限，器件加工难度和加工成本的大幅提高，导致摩尔定律逐渐失效。随着信息社会的发展，以人工智能、大数据快速处理以及传输为基础的现代信息社会对数据的计算、存储等能力的需求与日俱增。为了延续和拓展摩尔定律，业界开始不断探索新材料和新器件。
各界争相布局碳基半导体
  碳纳米管从概念上可以看作是石墨烯卷曲形成的一维管状分子，具有极高的电子和空穴迁移率。相对于硅基半导体，碳纳米管有利于制备速度更高、功耗更低的电子器件。另外，碳纳米管的直径只有1nm左右，本征电容很小，所以展现出了良好的栅控特性，有利于抑制短沟道效应，能够制备小尺寸器件。碳纳米管强的碳-碳共价键、良好的热激发特性、优异的柔韧和耐弯曲特性等使其在抗辐照器件、低温器件以及柔性器件方面也具有巨大的应用前景。
  碳纳米管在构建高速、低功耗以及短沟道器件方面具有巨大优势，在构建高性能集成电路技术方面具备可行性，是延续和拓展摩尔定律的理想半导体材料。
  2017年，IBM研究团队利用末端接触技术，结合原子层沉积技术制备氧化铝栅介质，实现了接触长度和沟道长度均为10nm，2018年，IBM研究团队基于网络半导体碳纳米管薄膜在柔性基板上构建的碳纳米管CMOS电路，展现了碳基柔性电路优异的性能。
  除IBM之外，台积电在2018年的国际电子元件会议（IEDM）上提出了将碳纳米管半导体技术写入其未来发展路线图；2019年，美国麻省理工学院（MIT）团队基于碳纳米管薄膜，该处理器可以执行指令获取、解码、计算以及数据存储等操作。2020年，该团队与芯片代工企业SkyWater合作，利用商业硅基芯片生产线对8英寸晶圆碳纳米管薄膜器件进行流片，实现了良率可控、性能均一性较好的碳纳米管晶体管阵列的制备。
产业化之路未来可期
  总体来说，对于碳基半导体技术的产业化，无论是材料制备还是原型器件的构建，已经没有不可逾越的技术障碍，因此长期来看，碳基半导体技术具有巨大的商业化应用前景。以传统的硅基半导体技术为例，从硅半导体材料的制备再到硅基集成电路的应用，其实已经经历了百余年的时间。
  从材料的角度来看，业界面临的基础性问题之一是碳纳米管结构的精确可控问题。现阶段，业界对于碳纳米管的结构控制主要有两种途径：一种是通过生长直接控制碳纳米管结构；另一种是先合成包含不同结构的混合物，再通过分离纯化制备所需结构的碳纳米管。
  相对直接生长法，分离纯化对碳纳米管的结构具有较易控制的特点。近年来，溶液法分离碳纳米管结构的研究取得了突破性进展。目前，业界已经能够实现30余种单一手性半导体碳纳米管的制备，但是单一手性碳纳米管的规模化制备仍然面临巨大的挑战。
  接下来，业界还需要对碳基器件结构和集成电路工艺进一步优化，发展和建立材料制备、器件加工以及表征的标准化过程，减小大面积集成电路中器件性能的波动性。相信经过长期的技术优化与迭代，高性能碳基集成电路的大规模商业化有望在不远的将来得以实现。