Science：基于DNA模板的高性能碳基晶体管

qingxue

朱志教授课题组与北京大学孙伟研究员课题组、清华大学唐建石研究员课题组、美国国家标准与技术研究院郑明博士合作，探索了生物-碳纳米管复合界面及大面积取向排列的调控新方法，相关研究成果以“DNA-directed nanofabrication of high-performance carbon nanotube field-effect transistors”为题发表于Science（2020, 368, 878-881）。

碳基晶体管

        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。利用自组装的生物分子为加工模板，已经实现了金属、碳基、氧化物等材料的形貌可控合成。然而，基于生物模板的电学器件，其性能往往远落后于通过蚀刻或薄膜方法制备的同类器件，并且缺乏长程取向规整性，制约了生物模板在高性能器件中的应用。
       针对上述挑战，他们以组装于DNA模板上的平行碳纳米管（CNT）阵列作为模型体系，研究了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—洗脱处理流程的界面工程方法。在不改变CNT排列的基础上，有效地去除界面处的金属离子、生物分子等杂质，提升基于生物模板的碳基晶体管性能，展示出良好的开态性能和快速的电流开关转化，从而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，他们还发展了大面积取向排列阵列的新方法，并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，当前方法具有构建基于生物模板大规模电子器件的潜力。兼具电学特性与生物响应特性的高性能电子—生物融合器件也有望在未来的生物传感器与驱动器中得到应用。
      北京大学孙伟研究员团队长期从事核酸引导的精准纳米组装研究，厦门大学朱志教授团队长期从事微纳加工及微流控研究，双方紧密合作，优势互补，联合清华大学和美国国家标准与技术研究院等多团队联合攻关完成该工作。共同第一作者厦门大学化学化工学院2011协同创新中心博士研究生陈雅鸿负责了碳纳米管组装及大面积阵列化工作，孙伟研究员和朱志教授为论文的共同通讯作者。该研究工作得到国家自然科学基金等资助。
       文章来源：厦门大学
       朱志，厦门大学化学化工学院特聘教授。朱志教授系厦门大学化学化工学院2011年引进的海外人才，长期从事分析化学和化学生物学的研究工作，在DNA分子工程、生物分析、生物医疗和即时检测等研究方面有着丰富的研究经验，取得了一系列创新性的研究成果，在Acc. Chem. Res.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Lab Chip、Anal Chem、Chem Commun等国际高水平期刊上发表论文百余篇，具有一定的国际影响力。她于2014年获得国家优秀青年科学基金的资助，荣获2016年度中国化学会青年化学奖。
        孙伟，北京大学研究员。于2008年在北京大学化学与分子工程学院获得博士学位，之后在哈佛大学从事博士后研究。孙伟研究员的工作集中于超小节点碳基高性能器件的大规模加工制备与3维集成。通过使用导向组装结构、特别是三维核酸自组装体、作为结构模板，孙伟研究员规模化制备了由碳纳米管、金属纳米颗粒等无机光电纳米材料取向排列形成的高精度2维、3维架构。曾在Science, Nature Chemistry, Nature Communications等杂志上，发表了逾20篇研究文章，发表的文章曾被Nature, Nature Nanotechnology，Nature China，Material Research Society等杂志及学会网站作为研究亮点报导。作为审稿人，孙伟研究员为Chemical Society Reviews, Advanced Materials, Advanced Functional Materials, Small等国际学术杂志审稿逾60次。作为第一发明人和主要发明人，孙伟研究员申请五项美国发明专利，并有两项已授权。
        唐建石，清华大学微电子所助理教授、博士生导师。2008年获清华大学微纳电子系学士学位，2014年获美国UCLA电子工程系博士学位，2015-2019年在美国IBM T. J. Watson Research Center工作，入选第十四届国家“##计划”青年项目，先后获NT18 “Best Young Scientist Award”、IEEE “Best Lightning Talk”、IBM Invention Achievement Awards、IBM Research Pat Goldberg Memorial Best Paper Award等奖项。主要研究方向包括新型存储器与类脑计算、碳纳米管电子学与柔性电子学、纳米材料自旋电子学等，承担或参与国家研究中心青年创新基金、科技部国家重点研发计划等项目。近年来在Nature Nanotechnology、Nature Electronics、Nature Materials、Science、Nano Letters、ACS Nano、IEDM等知名期刊和国际会议上发表论文近60篇，引用超过3700次，编写图书章节4章，并申请国外发明专利20余项（已授权4项）。担任IEEE-NANO、CMSE、MEAMT、ACMMT等国际会议的技术委员会成员（Technical Program Committee），以及Nature Communications，Advanced Materials, Nano Letters, ACS Nano等杂志审稿人。