使用单层碳纳米管（
CNT
）作为半导体材料的CNT
晶体管
终于迎来了开发加速的时期，并出现了在芯片上集成CNT晶体管，将其作为初级计算机试制系统的尝试。
美国斯坦福大学电子工程学、计算机科学副教授萨巴辛·米特拉（Subhaish Mitra）的研究室制作出了集成178个CNT晶体管的CNT微处理器（图1）。经确认，该处理器通过外接存储器，能够作为可编程的计算机运行。
这台CNT计算机沿袭现在的冯·诺伊曼计算机的基本构成。工作频率为1kHz，等同于1950年代初期使用晶体管的初级计算机（注1）。
（注1）原因是工作频率低、运行验证使用的电极大等，并非CNT晶体管本身的限制。
执行AND和XOR的运算电路使用20个CNT晶体管，暂时保存数据的D闩锁电路使用9个CNT晶体管。运算内容可编程，而且可以执行英国Imagination Technologies（前美国美普思科技）的MIPS架构指令集中的20个基本指令（注2）。除此之外，还可以运行能够执行多任务的自主简易OS。
（注2）20个指令分别是：AND、ANDI、BGEZ、BLEZ、BLTZ、BNE、J、LB、NOOP、OR、ORI、SB、SLL、SLLV、SRA、SRL、SRLV、SUBU、XOR、XORI。
比肩1950年代的计算机
图1：178个CNT晶体管构成CNT微处理器
斯坦福大学的CNT微处理器的SEM照片。由178个CNT晶体管构成，尺寸约为7mm×0.8mm。算术运算使用20个CNT晶体管。（摄影：斯坦福大学）
使用大电流破坏金属型CNT
这种计算机的CNT晶体管使用指向统一的CNT作为通道层（图2）。CNT首先在水晶基板上生长，然后再使用热剥离胶带，转印至Si/SiO2基板。在CNT中，半导体型的比例占到99.99％以上。
CNT晶体管的构成（a）与制造工艺（b）。在晶圆水平利用大电流破坏金属型CNT，使半导体型CNT的纯度提高到99.99％以上。
一般来说，在单层CNT中，半导体型与金属型的比例为2比1，是开发CNT晶体管的课题。因为半导体型CNT中掺杂的金属型CNT一旦导致电极间发生短路，晶体管将无法按照预期执行操作。
这一次，米特拉等人在制造工艺的后半段，逐一去除了每个集成电路的大部分金属型CNT，通过这种方法解决了课题。方法的名称叫做VMR（VLSI-compatible metallic CNT removal）。具体来说，就是先在Si/SiO2晶圆上制作CNT晶体管，再制作金（Au）临时布线，在电路中通入大电流，破坏金属型CNT。然后，去除Au布线，使用铂（Pt）等金属进行正式布线。“无论电路规模有多大，都可以使用VMR”（米特拉）。
追赶1970年代计算机
另一方面，利用涂布工艺制作的CNT晶体管也出现了在500kHz以上的频率下工作的先例。如果利用这种晶体管制作CNT计算机，工作频率将一举达到美国英特尔在1970年代前期发表的款微处理器“4004”和“8008”的水平。
这种涂布型CNT晶体管是由NEC、技术研究联盟单层CNT融合新材料研究开发机构（TASC）、东京大学合作开发。“工作性能足以应用于柔性显示器、传感膜的线控制电路”（NEC）。
NEC表示，主要的改善有两处。一是电极的形成使用“超级喷墨（SIJ）法*”，使电极宽度从过去的大约50μm大幅缩小到了2μm（图3）。从而减少了栅极与源极/漏极的重叠，使寄生电容降低到了1/10。工作频率则因此得到了大幅提升。
*超级喷墨（SIJ）＝液滴量仅为1f（飞）L的喷墨技术或装置。由日本产业技术综合研究所在2005年开发成功。
图3：利用印刷技术实现500kHz以上的工作频率
NEC等试制的涂布型CNT晶体管（a），涂布使用的超级喷墨（SIJ）装置（b），以及降低寄生电容的效果（c）。因为寄生电容小，所以工作频率高达500kHz以上。（图：（a）、（c）为《日经电子》根据NEC的资料制作）
半导体型CNT的纯度达到98％以上
另一个改善之处，是大幅提高了利用电泳法分离溶液中金属型与半导体型CNT的技术的精度。NEC之前采用的方法能够将半导体型CNT的纯度提高到95％以上，但这种方法使用的CNT分散稳定剂会成为杂质残留，提高晶体管性能的进展不及预期。
这一次，通过把半导体型CNT的纯度提高到98％以上，分散稳定剂的残留量减少到了过去的1/50。大幅提升了晶体管半导体层的品质，输出电流方面，原本-0.6μA的电流增加到了-6.2μA，达到了过去的10倍。
