碳纳米管被科学家们给予了厚望。
这与其本身的特性息息相关。
首先，碳纳米管芯片身量虽小，但节能增效能力却更强。
碳纳米管是由单层碳原子卷成管状的碳材料，导电性能极好，而且，碳元素在地球上的储量十分丰富。
碳纳米管的直径可以根据工艺的不同制成几纳米到几十纳米长；管壁厚度更小，根据壁层碳原子数量不同，碳纳米管可以分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管；在同样集成度的情况下，碳纳米管芯片比硅元器件体积更小。
同时，碳纳米管的韧性极高，可以承受弯曲、拉伸等应力，电信号传输过程的延迟很短，所以，从材料物理属性上看，碳纳米管具有替代硅芯片的潜力。
其次，碳材料具有多种同素异形体，除了碳纳米管以外，还有人们熟知的金刚石、石墨、富勒烯、活性炭等等。
其导电性质强烈地依赖于结构，可以由绝缘体转变为半导体、由半导体变为导体。
而且，它的导电方式和原理与传统的晶体管不一样，有更强的传导能力。
另外，现有的晶体管在导电过程中无可避免地会产生漏电流，漏电会导致发热，而碳纳米管可以避免这一问题，故而能效相对较高。
从理论上讲，碳纳米管芯片的能量利用率有望超过现有芯片的能效比（60%至70%）。
发热问题的解决也给芯片的散热降低了压力。
硅晶体管的功耗很大，在小小的芯片空间内，发热极其严重，为了不使芯片过热无法工作，还需要分配部分的功耗用于芯片的散热，这使得硅晶体管功耗增大。
而碳纳米管芯片本身产热就少，加上碳纳米管本身的热导率很高，有效地减少了用于散热的能耗，所以碳纳米管的能效会远远高于以硅为材料的晶体管。
世界范围内，最早实现碳纳米管器件制备的是IBM，其在2014年成功制备出碳纳米管20nm栅长器件，不过，该器件性能比预期差很多。
近年来，也有国外的各类实验室号称制备出1nm栅长的碳纳米管器件，但更多的只是噱头，实际使用性能很差。
而中国在碳纳米管器件的研究，在庞学林完成超高纯度电子级碳纳米管量产制备以后，徐兴国带领的团队开始在高性能碳纳米管（CMOS互补金属氧化物半导体）晶体管的无掺杂制备、晶体管的极性控制方面进行深入研究，并且有了有很多技术积累。
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