随着微处理芯片速度的不断提升，CMOS上的铜互连技术正在成为瓶颈。一种可能的替代方案是使用电子迁移率更高、尺寸更小的碳纳米管。1991年日本NEC的饭岛在高分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时，意外发现了由管状的同轴纳米管组成的碳分子，这就是“碳纳米管（CarbonNanotube）”，又名巴基管。
    碳纳米管具有典型的层状中空结构特征（图1），构成碳纳米管的层片之间存在一定的夹角碳纳米管的管身是准圆管结构，并且大多数由五边形截面所组成。管身由六边形碳环微结构单元组成，端帽部分由含五边形的碳环组成的多边形结构，或者称为多边锥形多壁结构。是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级、管子两端基本上都封口）的一维量子材料。
    目前常用的碳纳米管制备方法主要有：电弧放电法、激光烧蚀法、化学气相淀积法（碳氢气体热解法），固相热解法、辉光放电法和气体燃烧法等以及聚合反应合成法。电弧放电法是生产碳纳米管的主要方法。使用这一方法制备碳纳米管技术上比较简单，但是生成的碳纳米管与C60等产物混杂在一起，很难得到纯度较高的碳纳米管，并且得到的往往都是多层碳纳米管，而实际研究中人们往往需要的是单层的碳纳米管。此外该方法反应消耗能量太大。近年来发展出了化学气相淀积法，或称为碳氢气体热解法，在一定程度上克服了电弧放电法的缺陷。这种方法是让气态烃通过附着有催化剂微粒的模板，在800~1200度的条件下，气态烃可以分解生成碳纳米管。这种方法突出的优点是残余反应物为气体，可以离开反应体系，得到纯度比较高的碳纳米管，同时温度亦不需要很高，相对而言节省了能量。但是制得的碳纳米管管径不整齐，形状不规则，并且在制备过程中必须要用到催化剂。
    根据大小、形状的不同，碳纳米管的电子属性可以分为金属性和半导体性两种。在将碳纳米管用作晶体管的过程中，科学家们遇到的难题是人工制造的碳纳米管是金属性和半导体性的混合体。这两种属性的碳纳米管相互粘连成绳索状或束状，这样就使碳纳米管的用途大打折扣，因为只有半导体性的纳米管才可以用作晶体管。而且，当两种属性的碳纳米管粘连在一起时，它的金属性比半导体性还要强。
    碳纳米管构成的纳电子器件具有尺寸小、速度高、功耗低和造价低等优势，它将替代硅材料成为后摩尔时代的重要电子材料。但是，利用碳纳米管构筑纳电子器件面临着许多技术难题，碳纳米管与金属电极之间的连接就是碳纳米管器件制造的工艺瓶颈问题之一。
    碳纳米管在光伏领域也有着很大的应用潜力，纳米太阳能电池有可能利用热载流子、多能带激发、热光伏等原理产生更高的光电转换效率。比如碳纳米管肖特基势垒太阳电池(图2)即采用取向均匀排布的多根单壁碳纳米管焊接在金属电极上，利用碳纳米管与金属电极之间形成的肖特基势垒和一个背底栅极产生电流。这种新型太阳电池结构不需要半导体掺杂，从而没有半导体掺杂所引起的不必要的缺陷和光生载流子复合损失。单壁碳纳米管直径约为1nm，具有明显的量子限制效应，从而有可能更有效地利用太阳光子能量。但是由于所用半导体性碳纳米管数量太少，有待解决大量半导体性单壁碳纳米管的提纯方法以后，才可能制备大面积碳纳米管肖特基势垒太阳电池样品。