2005年，國際半導體技術線路圖（ITRS）委員會首次明確指出在2020年前后硅基CMOS技術將達到其性能極限。后摩爾時代的集成電路技術的研究變得日趨急迫，很多人認為微電子工業在走到7納米技術節點之后可能不得不面臨放棄繼續使用硅材料作為晶體管導電溝道。在為數不多的可能替代材料中，碳基納米材料被公認為最有可能替代硅材料。

　　2008年ITRS新興研究材料和新興研究器件工作組在考察了所有可能的硅基CMOS替代技術之后，明確向半導體行業推薦重點研究碳基電子學，作為未來5~10年顯現商業價值的下一代電子技術。美國國家科學基金委員會（NSF）十余年來除了在美國國家納米技術計劃中繼續對碳納米材料和相關器件給予重點支持外，在2008年還專門啟動了“超過摩爾定律的科學與工程項目”，其中碳基電子學研究被列為重中之重。其后美國不斷加大對碳基電子學研究的投入，美國國家納米計劃從2010年開始將“2020年后的納米電子學”設置為3個重中之重的成名計劃（signatureinitiatives）之一。除美國外，歐盟和其他各國政府也高度重視碳納米材料和相關電子學的研究和開發應用，布局和繼續搶占信息技術核心領域的制高點。

　　碳納米管材料中，最有可能替代硅的有兩個，碳納米管和石墨烯。在石墨烯獲得諾貝爾獎之前，碳納米管一直被認為是最有可能代替硅的半導體材料，而如今，由于石墨烯在全球范圍內的狂熱，似乎有代替碳納米管之勢，那么，石墨烯和碳納米管，究竟誰能堪當大任呢？

　　碳納米管集成電路的研發優勢與發展現狀

　　1991年，日本NEC公司的飯島澄男在高分辨透射電子顯微鏡下檢驗石墨電弧設備中產生的球狀碳分子時，意外發現了由碳分子組成的管狀同軸納米管，也就是現在被稱作的碳納米管CNT，又名巴基管。

　　碳管材料具有極為優秀的電學特性。室溫下碳管的n型和p型載流子（電子和空穴）遷移率對稱，均可以達到10000cm2/（V？s）以上，遠超傳統半導體材料。另外碳管的直徑僅有1～3nm，更容易被柵極電壓非常有效開啟和關斷。

　　碳納米管相對于硅材料的優點：

　　1）載流子輸運是一維的。這意味著減少了對載流子散射的相空間，開辟了彈道輸運的可能性。相應地，功耗低。

　　2）所有碳原子的化學鍵都是鏈接的，由此，沒有必要進行化學鈍化工藝以消除類似存在于硅表面的懸掛鍵。這意味著碳納米管電子不一定非得使用二氧化硅絕緣體，高介電常數和晶體絕緣體都可以直接使用。

　　3）強共價鍵結構能使碳納米管具有較高的機械穩定性和熱穩定性，且對電遷移有很好的抵抗力，可以承受的電流密度高達１０Ａ/ｃｍ。

　　4）它們的關鍵尺寸，即直徑，是由化學反應控制，而不是傳統的制造工藝。

　　5）原則上，無論是有源器件（晶體管）還是互連聯結線，都可以分別由半導體屬性和金屬屬性的碳納米管制成。

　　斯坦福大學研究組采用如（a）所示的碳納米管陣列制備出了如（b）所示的世界上第一個碳納米管計算機;（c）主要功能單元的掃描電子顯微鏡像