碳納米管的直徑可以根據工藝的不同制成幾納米到幾十納米長；管壁厚度更小，根據壁層碳原子數量不同，碳納米管可以分為單壁碳納米管和多壁碳納米管；在同樣集成度的情況下，碳納米管芯片比硅元器件體積更小。
同時，碳納米管的韌性極高，可以承受彎曲、拉伸等應力，電信號傳輸過程的延遲很短，所以，從材料物理屬性上看，碳納米管具有替代硅芯片的潛力。
其次，碳材料具有多種同素異形體，除了碳納米管以外，還有人們熟知的金剛石、石墨、富勒烯、活性炭等等。
其導電性質強烈地依賴于結構，可以由絕緣體轉變為半導體、由半導體變為導體。
而且，它的導電方式和原理與傳統的晶體管不一樣，有更強的傳導能力。
另外，現有的晶體管在導電過程中無可避免地會產生漏電流，漏電會導致發熱，而碳納米管可以避免這一問題，故而能效相對較高。
從理論上講，碳納米管芯片的能量利用率有望超過現有芯片的能效比（60%至70%）。
發熱問題的解決也給芯片的散熱降低了壓力。
硅晶體管的功耗很大，在小小的芯片空間內，發熱極其嚴重，為了不使芯片過熱無法工作，還需要分配部分的功耗用于芯片的散熱，這使得硅晶體管功耗增大。
而碳納米管芯片本身產熱就少，加上碳納米管本身的熱導率很高，有效地減少了用于散熱的能耗，所以碳納米管的能效會遠遠高于以硅為材料的晶體管。
世界范圍內，最早實現碳納米管器件制備的是IBM，其在2014年成功制備出碳納米管20nm柵長器件，不過，該器件性能比預期差很多。
近年來，也有國外的各類實驗室號稱制備出1nm柵長的碳納米管器件，但更多的只是噱頭，實際使用性能很差。
而中國在碳納米管器件的研究，在龐學林完成超高純度電子級碳納米管量產制備以后，徐興國帶領的團隊開始在高性能碳納米管（CMOS互補金屬氧化物半導體）晶體管的無摻雜制備、晶體管的極性控制方面進行深入研究，并且有了有很多技術積累。
其中該團隊制備的柵長為10納米的碳納米管頂柵CMOS場效應晶體管（對應于5納米技術節點）已經成功攻克器件結構和制備工藝等相關難題。
不僅如此，其制備出的碳納米管器件的性能也遠遠超過國際上已報道的碳納米管器件。
對于常規結構制備的碳管晶體管，其柵長在5納米以下時就會較為明顯地受到短溝道效應和隧穿漏電流影響，以往融合高介電柵介質薄膜的做法很難有效地解決漏電問題，使得器件也不能有效地關斷。
徐興國團隊改用石墨烯替代金屬作為碳管晶體管的源漏接觸，從而有效地抑制了短溝道效應和源漏直接隧穿。
而且，由于5納米柵長的碳管器件開關轉換僅有1個左右的電子參與，使得門延時（42飛秒）接近二進制電子開關器件的物理極限（40飛秒，由海森堡測不準原理和香農—馮諾依曼—郎道爾定律決定）。
這是中國首次掌握了世界上最先進的晶體管技術，而且整體技術成熟極高，隨著碳納米管成本下降及工藝良品率的提高，該技術有望成為最先進的芯片制造技術。
而這種新技術的掌握，相當于現有最先進的硅基技術六代以上的優勢（領先20年），使得國際芯片巨頭的優勢將不復存在，國內半導體制造產業將會在不遠的未來實現彎道超車。
事實上龐學林在徐興國的實驗室里，就見到了來自華為以及中芯國際的工程師。
按照徐興國的說法，第一代碳基芯片將會在未來一年內實現量產，首先應用于華為的5G基站產品。
至于消費端的碳基芯片，估計還要再過兩年時間，才能在手機、PC等領域大規模應用。