研究员
刘驰
  • 职称:研究员
  • 学历:博士研究生
  • 部门:能源信息材料与器件研究部
  • 电话:+86-24-23971573
  • 邮政编码:110016
  • 电子邮件:chiliu@imr.ac.cn
  • 专家类别:博士生导师
简历
  

教育经历

2008-09-01 至 2013-07-05,北京大学,微电子学与固体电子学,博士

2004-09-01 至 2008-07-01,吉林大学,微电子学,学士

博士后工作经历

2013-10-24 至 2016-10-22,日本 东京大学

科研与学术工作经历

2022-09-30 至 今,中国科学院金属研究所,先进炭材料研究部,研究员

2020-12-14 至 2022-09-29,中国科学院金属研究所,先进炭材料研究部,项目研究员

2016-11-01 至 2020-12-13,中国科学院金属研究所,先进炭材料研究部,副研究员

研究领域
  

(1) 热载流子新原理晶体管

(2) 高频/太赫兹晶体管器件

(3) 新型光电探测与功能器件

承担科研项目情况
  

(1) 热发射极晶体管研究,国家自然科学基金委原创探索计划项目,100万元,主持,2025;

(2) 基于石墨烯-IV族半导体肖特基结的实空间转移晶体管研究, 国家自然科学基金委面上项目,61万元,主持,2021;

(3) 新型热载流子发射机制及其在晶体管器件中的应用,国家人才计划青年拔尖人才,180万元,主持,2024;

(4) 用于高速芯片的新型器件研究, 国家部委, 180万元,主持,2020;

(5) 高质量单层二硫化钨晶圆可控制备, 国家科学技术部重点研发计划项目, 470万元,参与,2021。

(6) 面向高速应用的新型热载流子晶体管研究,辽宁省杰出青年基金计划项目,100万元,主持,2025;

(7) 新型高速热电子晶体管研究,“兴辽英才计划”青年拔尖人才,50万元,主持,2026;

(8) 基于材料外延技术的混合维度肖特基结型高速晶体管研究, 辽宁省优秀青年基金计划项目,50万元,主持,2023;

(9) 面向高速应用的石墨烯热集电极晶体管研究,沈阳市中青年科技创新人才培育专项U40杰出青年项目,25万元,主持,2025;

(10) 新型热载流子发射机制及其在晶体管器件中的应用,金属所人才配套项目,50万元,主持,2026。


重要科研成果

作为现代信息技术的基石,集成电路的核心元件——晶体管可分为数字晶体管与射频、光电等复合功能晶体管两大类。随着集成电路技术迈入后摩尔时代,晶体管在功耗控制与速度提升等方面面临根本性挑战。在数字领域,受玻尔兹曼热力学分布约束,传统晶体管的亚阈值摆幅存在60 mV/decade的理论极限,导致单个器件的功耗特性难以突破,成为制约集成电路集成度提升的关键瓶颈;在射频领域,受基区/沟道渡越时间效应限制,传统晶体管的电流增益截止频率难以满足6G通信对太赫兹级工作频率的核心需求。造成上述问题的主要因素之一在于:传统晶体管通过调控热平衡载流子实现导通与关断,载流子的输运原理与速度等从根本上限制了器件的性能与功能。因此,突破热平衡态载流子输运的物理限制,已成为发展新一代高性能晶体管的关键科学问题之一。

热载流子因其平均动能显著高于热平衡态载流子,展现出独特的高能态分布与超快迁移特性,为突破玻尔兹曼极限、探索非平衡态量子输运提供了新路径。基于此,刘驰充分发挥材料、物理与计算机科学的跨学科优势,提出"载流子注入/激发"双模态调控策略,实现了对热载流子浓度与能量分布的精准协同控制,创制了热载流子晶体管体系:1)通过"载流子注入"方式,建立了基于肖特基发射的输运机制,构筑了硅-石墨烯-锗势垒晶体管,实现了1.8×107的共发射极电流增益(国际最高)和132 GHz的截止频率(垂直结构二维晶体管最高),展现出太赫兹应用潜力(Nat. Commun. 2026, 17, 5002,共同通讯作者);2)通过"载流子激发"方式,建立了新型光栅发射机制,构筑了光控二极管(实现截止-整流转换新行为)、双电容晶体管(可同时感知动静态信号)和整流栅晶体管(灵敏度主动可调),获得了光电探测新功能(Nat. Commun. 2021, 12, 4094,共同第一作者);3)通过耦合"载流子注入"与"激发"策略,建立了受激发射机制,构筑了热发射极晶体管,获得了0.38 mV/dec的亚阈值摆幅(国际最小)和126的峰谷电流比(石墨烯器件最高),实现了多值逻辑计算(Nature 2024, 632, 782,第一作者兼共同通讯作者)。上述研究成果为后摩尔时代构筑高性能、多功能电子器件与系统提供了基于热载流子机制的新范式。

基于上述研究成果,刘驰主持了国家自然科学基金青年科学基金、面上项目、原创探索计划项目,以及中组部、国家部委和中国科学院等各类科研项目10余项。以第一作者或通讯作者在Nature、Nature Communications、National Science Review、Advanced Materials等期刊发表论文50余篇,在香山科学会议等国内外学术会议上作邀请报告30余次,申请发明专利10余项。曾获辽宁省自然科学一等奖、"辽宁杰出科技青年奖十大英才"、"中国芯片科学十大进展"、中国科学技术大学"科教融合优秀导师奖"及金属所"优秀青年学者奖"等多项学术荣誉;入选国家人才计划青年拔尖人才、国家网信优秀人才、辽宁省杰青/优青、"兴辽英才计划"青年拔尖人才、沈阳市杰出人才/U40杰出青年、中国科学院首批特聘研究岗位、金属所"引进优秀学者"等人才计划。现任全国纳米技术标准化技术委员会低维纳米结构与性能工作组委员、中国工业合作协会新材料与能源应用专业委员会委员,以及JMST期刊青年编委等职务。


社会任职
  

(1) 全国纳米技术标准化技术委员会低维纳米结构与性能工作组,委员;

(2) 中国工业合作协会新材料与能源应用专业委员会,委员;

(3) Journal of Materials Science & Technology期刊,青年编委。

获奖及荣誉
  

(1) 辽宁省自然科学一等奖,2025;

(2) 辽宁杰出科技青年奖十大英才,2025;

(3) 中国芯片科学十大进展,2025;

(4) 中国科学技术大学科教融合优秀导师奖,2025;

(5) 中国科学院金属研究所2019年度“优秀青年学者奖”, 2020年;

(6) 指导学生获中国科学院院长特别奖、中国科学技术大学优秀博士学位论文、中国科学技术大学优秀毕业生、中国科学院金属研究所师昌绪一等奖等。

(7) 国家高层次青年人才入选者, 2024;

(8) 国家网信优秀人才, 2025;

(9) 辽宁省杰出青年基金入选者, 2025;

(10) 辽宁省优秀青年基金入选者, 2023;

(11) “兴辽英才计划”青年拔尖人才, 2026;

(12) 沈阳市杰出人才,2024;

(13) 沈阳市U40杰出青年,2025;

(14) 中国科学院首批特聘研究岗位,2022;

(15) 中国科学院金属研究所“引进优秀学者”, 2016年。

代表论著
  

(1) Chi Liu*#; Xinzhe Wang#; Cong Shen#; Laipeng Ma#; Xuqi Yang; Yue Kong; Wei Ma; Yan Liang; Shun Feng; Xiaoyue Wang; Yuning Wei; Xi Zhu; Bo Li; Changze Li; Shichao Dong; Lining Zhang*; Wencai Ren; Dongming Sun*; Huiming Cheng; A hot-emitter transistor based on stimulated emission of heated carriers, Nature, 2024, 632(8026): 782-787.

(2) Xiaoyue Wang#; Shaotang Sun#; Zishen Qiao#; Haiyan Jiang; Changze Li; Haitao Jiang; Jing Bai; Xubo Song; Xufan Li; Xinzhe Wang; Xi Zhu; Shun Feng; Bo Li; Jinhua Liang; Lingfei Wang*; Zhongying Xue*; Yutaka Ohno; Jianjun Gao*; Zengfeng Di; Dongming Sun*; Chi Liu*; A high – frequency silicon – graphene – germanium barristor, Nature Communications, 2026, 17: 5002.

(3) Shun Feng#; Ruyue Han#; Lili Zhang#; Chi Liu*; Bo Li; Honglei Zhu; Qianbing Zhu; Wei Chen; Huiming Cheng*; Dongming Sun*; A photon-controlled diode with a new signal-processing behavior, National Science Review, 2022, 9: nwac088.

(4) Shun Feng#; Ruyue Han#; Chi Liu*; Dayu Jia; Guoteng Zhang; Xi Zhu; Bo Li; Yun Sun; Chuang Li; Yuping Gao; Tonglei Cheng; Zheng Han; Huiming Cheng; Dongming Sun*; A charge-coupled phototransistor enabling synchronous dynamic and static image detection, Advanced Materials, 2025, 37(24): 2417675.

(5) Bo Li#; Qianbing Zhu#; Cong Cui#; Chi Liu*; Zuohua Wang; Shun Feng; Yun Sun; Honglei Zhu; Xin Su; Yiming Zhao; Hongwang Zhang; Jian Yao; Song Qiu; Qingwen Li; Xiaomu Wang*; Xiaohui Wang*; Huiming Cheng; Dongming Sun*; Patterning of wafer-scale MXene films for high-performance image sensor arrays, Advanced Materials, 2022, 34(17): 2201298. 

(6) Chi Liu#; Wei Ma#; Maolin Chen; Wencai Ren; Dongming Sun*; A vertical silicon-graphene-germanium transistor, Nature Communications, 2019, 10: 4873.

(7) Shun Feng#; Chi Liu#; Qianbing Zhu; Xin Su; Wangwang Qian; Yun Sun; Chengxu Wang; Bo Li; Maolin Chen; Long Chen; Wei Chen; Lili Zhang; Chao Zhen; Feijiu Wang; Wencai Ren; Lichang Yin*; Xiaomu Wang*; Huiming Cheng*; Dongming Sun*; An ultrasensitive molybdenum-based double-heterojunction phototransistor, Nature Communications, 2021, 12: 4094.

(8) Ruyue Han#; Dayu Jia#; Bo Li#; Shun Feng*#; Guoteng Zhang; Yun Sun; Zheng Han; Chi Liu*; Huiming Cheng; Dongming Sun*; Bioinspired phototransistor with tunable sensitivity for low-contrast target detection, Light: Science & Applications, 2026, 15: 12.

(9) Chuantao Hu#; Bo Li#; Xiaoyue Wang; Chi Liu*; Dongming Sun*; Huiming Cheng; Recent progress in the patterning of perovskite films for photodetector applications,Light: Science & Applications, 2025, 14: 355.

(10) Jinhua Liang; Chi Liu*; Yuning Wei; Shun Feng; Yun Sun; Yutaka Ohno; Huiming Cheng; Dongming Sun*; Native GaN/GaOx heterostructure platform for wafer-scale integration of high-performance complementary transistors, Research, 2025, 8: 1058.

近期获得专利

(1) 一种与金属形成欧姆接触的硅纳米薄膜及其制作方法(第一发明人,已授权);

(2) 一种基于氧化钼/二硫化钼/氧化钼异质结构的光电晶体管及其制作方法(第一发明人,已授权);

(3) 一种光电器件光控二极管及其制作方法(第一发明人,已授权);

学术报告

(1) 基于低维材料的新型热载流子晶体管,第14届无机非金属材料专题研讨会暨无机非金属材料学科优秀学者论坛,武汉,中国,2024-8-12至2024-8-14。

(2) 面向人工智能芯片应用的新型低功耗晶体管器件,人工智能核心技术攻坚青年科学家沙龙,北京,中国,2024-8-30。

(3) 新原理晶体管的设计与构筑,面向下一代功能器件的交叉科学战略研讨会,长春,中国,2024-10-24至2024-10-26。

(4) 基于热载流子机制的新型晶体管器件,中国化学会第一届全国表界面科学会议,成都,中国,2025-05-09至2025-05-12。

(5) 新型热载流子晶体管器件,中国材料大会,厦门,中国,2025-07-05至2025-07-08。

(6) 基于新型原子级外延制造技术的热载流子晶体管研究,香山科学会议第789次学术讨论会,苏州,中国,2025-08-16至2025-08-17。

(7) 新型热载流子半导体物理及器件,中国物理学会秋季学术会议,哈尔滨,中国,2025-09-11至2025-09-14。

(8) 新型低维热载流子晶体管,Nature-低维电子学会议,北京,中国,2025-09-16至2025-09-19。

(9) 面向后摩尔时代芯片发展的热载流子晶体管,第三届芯片大会,深圳,中国,2025-10-14至2025-10-16。

(10) 面向智能应用的石墨烯热载流子晶体管,北京石墨烯论坛,北京,中国,2025-10-24至2025-10-27。