碳纳米管被认为是构建亚10 nm晶体管的理想材料，其准一维的超薄体特性保证晶体管具有最理想的栅极静电控制能力，能克服短沟道效应；超高的载流子迁移率，特别是空穴和电子迁移率完全对称，使得能构建高性能CMOS。
在课题组开发的碳纳米管无掺杂CMOS工艺的基础上，通过优化器件的结构和制备工艺，首次实现栅长10 nm 的碳纳米管顶栅CMOS晶体管。亚阈值摆幅均为70 毫伏/量级; 器件性能不仅远远超过已发布的所有碳管器件，而且在超低的工作电压（0.4 V）驱动下,器件的本征门延时仅是同栅长硅基器件的本征门延时的1/3。本工作研究表明，与相同栅长的硅基CMOS器件相比，碳管CMOS器件具有10倍左右的能耗延时积的综合优势以及更好的可缩减性。继续缩减晶体管尺寸，我们制备出5 nm栅长的碳管器件, 其开关转换仅有约1个电子参与，并且门延时达到42 fs，非常接近二进制电子开关器件的极限（40 fs）——该极限由海森堡测不准原理和香农-冯诺伊曼-朗道定律所决定。在此基础上，制备出了5 nm栅长的高性能碳管晶体管，器件亚阈值摆幅达到73 毫伏/量级。
该工作发表论文于《科学》（Science, 2017, 355, 271-276）。被SCI引用317次, 并入选ESI高被引用论文 (Top 1%)，热点论文（Top 0.1%），该成果入选2017年中国高校十大科技进展。并被国家科技部网站，Nature Index, IEEE Spectrum, Phys.org 等多家知名网站专题报道。
