一文帶你了解什么是碳基集成電路！

時(shí)間：2021-07-23 16:47:03

關(guān)鍵字：集成電路芯片

手機(jī)看文章

掃描二維碼
隨時(shí)隨地手機(jī)看文章

[導(dǎo)讀]目前已經(jīng)有消息報(bào)道稱北大電子系教授所帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)采用了全新的組裝和提成方法，制造出了芯片的核心元器件，晶體管工作速度將對(duì)比起英特爾14納米商用硅材料晶體管還要快三倍，而能耗只有它的1/4。

在芯片的發(fā)展過(guò)程中，人們開(kāi)始探尋新的材料想要代替硅基芯片，而其中碳元素由于本身具有許多優(yōu)質(zhì)特性，于是便采用碳納米管來(lái)做晶體管，由此做成的碳基芯片。

國(guó)內(nèi)芯片發(fā)展是科技行業(yè)的熱點(diǎn)芯片一直是科技行業(yè)最為關(guān)心的熱門(mén)話題之一，尤其是最近的芯片禁令，導(dǎo)致華為的部分發(fā)展受到了困擾，所以人們就更加深刻的意識(shí)到了芯片的自主研發(fā)技術(shù)非常重要，最近行業(yè)內(nèi)便開(kāi)始流傳起了關(guān)于碳基芯片的信息，碳基集成電路技術(shù)，被認(rèn)為是最有可能代替硅基集成電路的未來(lái)信息技術(shù)。

目前已經(jīng)有消息報(bào)道稱北大電子系教授所帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)采用了全新的組裝和提成方法，制造出了芯片的核心元器件，晶體管工作速度將對(duì)比起英特爾14納米商用硅材料晶體管還要快三倍，而能耗只有它的1/4。

什么是碳基芯片

對(duì)于碳基芯片這個(gè)概念，有些不太了解的人也許會(huì)比較陌生，碳基芯片是在20世紀(jì)五六十年代被提出來(lái)的，當(dāng)時(shí)集成電路發(fā)展已經(jīng)開(kāi)始提速，所以具有一定功能的電路所需要的晶體管電阻和電容等等，這些就成了當(dāng)時(shí)的核心技術(shù)，而要將它們通過(guò)連接導(dǎo)線集成在一小塊硅片上，然后在焊接封裝在管殼內(nèi)，這個(gè)技術(shù)是整個(gè)研發(fā)的強(qiáng)大支柱。

后來(lái)為了能夠提高芯片的性能，所以人們便按照每18個(gè)月就將集成電路上可容納的晶體管數(shù)量翻一番性能也提升一倍的規(guī)律來(lái)提升單個(gè)芯片的晶體管數(shù)量，但是這樣一來(lái)相關(guān)的工藝難度也就隨之提高了，特別是進(jìn)入了納米級(jí)別之后，關(guān)于材料技術(shù)和系統(tǒng)方面的技術(shù)物理限制，導(dǎo)致硅基芯片的發(fā)展開(kāi)始出現(xiàn)停滯，這時(shí)人們也就開(kāi)始尋找新的材料來(lái)代替硅基芯片，其中碳元素由于它本身的特性非常優(yōu)越，所以被納為最佳選擇。

硅基芯片短時(shí)間內(nèi)無(wú)法被取代

用碳納米管來(lái)做傳導(dǎo)，晶體管電子遷移率可達(dá)到硅晶體管的1000倍，電子的群眾基礎(chǔ)更好，而且碳納米館里的墊子自由城非常長(zhǎng)，電子活動(dòng)更自由，就不容易摩擦發(fā)熱，這樣一來(lái)看晶體管的極限運(yùn)動(dòng)速度會(huì)是硅晶體管的5~10倍，功耗方面只有硅晶體管的1/10，這樣一來(lái)工藝條件就會(huì)變得更寬松一些。

雖然這個(gè)概念已經(jīng)被提了出來(lái)，但是想要真正的取代硅基芯片，還是沒(méi)有那么簡(jiǎn)單的，因?yàn)槟壳疤冀?jīng)濟(jì)管沒(méi)有辦法量長(zhǎng)，碳元素太過(guò)活潑，而且介電常數(shù)比較低，所以我們目前的技術(shù)存在著一定的技術(shù)障礙，除了技術(shù)障礙之外，成本以及成本率的問(wèn)題，目前同樣難以克服。

如今隨著我國(guó)科學(xué)家在碳基芯片領(lǐng)域的不斷摸索，已經(jīng)是取得了一定的進(jìn)展和突破，而且據(jù)說(shuō)碳基芯片的性能會(huì)比硅基芯片性能要更加突出，這對(duì)于陷入困難局面的我國(guó)芯片行業(yè)來(lái)說(shuō)是個(gè)好消息，如果能夠在碳基領(lǐng)域得到發(fā)展和領(lǐng)先，或許可以對(duì)歐美半導(dǎo)體技術(shù)實(shí)現(xiàn)彎道超車，擺脫對(duì)于別人的技術(shù)依賴。不過(guò)想要用碳基芯片取代硅基芯片也還沒(méi)有那么容易，雖然現(xiàn)在能夠在實(shí)驗(yàn)室中制造出碳晶體管，但是想要拼接組合形成芯片量產(chǎn)還需要做大量的研制，將碳晶體管排布在晶圓片同樣需要高精尖的技術(shù)才行，很多技術(shù)障礙仍然需要去攻克，因此想要完成商業(yè)化量產(chǎn)，還需要更多耐心和努力。不過(guò)相信我們的科學(xué)家，一定可以在未來(lái)完成更多的突破。

為什么碳基半導(dǎo)體的制造不用光刻機(jī)

可以肯定的是碳基集成電路的加工肯定不會(huì)用到光刻機(jī)！國(guó)內(nèi)研發(fā)團(tuán)隊(duì)在碳基半導(dǎo)體制備材料研究領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，為我國(guó)碳基半導(dǎo)體進(jìn)入規(guī)模工業(yè)化奠定基礎(chǔ)，也為我國(guó)芯片制造產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)“彎道超車”提供巨大潛力。

傳統(tǒng)的硅基芯片的制造過(guò)程的本質(zhì)，就是按照芯片電路設(shè)計(jì)的要求，通過(guò)各種工藝生產(chǎn)在硅晶圓上制造出數(shù)以億計(jì)的晶體管，并用電路將晶體管連接起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)芯片的邏輯運(yùn)算功能。

硅材料的特性決定了硅基芯片的生產(chǎn)必須經(jīng)過(guò)拋光、光刻、蝕刻、離子注入等一系列復(fù)雜的工藝過(guò)程，才能在晶圓上制造出晶體管來(lái)。而碳基半導(dǎo)體的晶體管用到的是碳納米管，碳納米管的制備過(guò)程跟硅基晶體管的制備方法有著本質(zhì)的差別，所以碳基集成電路的加工一定不會(huì)用到光刻機(jī)。

碳基半導(dǎo)體可以幫助我國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)彎道超車

芯片的制造分為三個(gè)步驟，設(shè)計(jì)、制造、封裝測(cè)試。

在設(shè)計(jì)和封裝測(cè)試環(huán)節(jié)，無(wú)論是通用CPU還是手機(jī)芯片，我國(guó)已經(jīng)具備了世界一流的水平。我國(guó)在芯片加工工藝和加工設(shè)備制造方面的全面落后，造成我國(guó)在芯片制造環(huán)節(jié)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于世界先進(jìn)水平，尤其是光刻機(jī)技術(shù)落后于世界領(lǐng)先水平20年。這樣巨大的差距，想要依靠常規(guī)的手段，在短時(shí)間內(nèi)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)世界先進(jìn)水平的趕超的。

碳基半導(dǎo)體技術(shù)的研究，我國(guó)與世界各國(guó)基本上同步開(kāi)始。北大教授彭練矛的研究成果，一下子讓我國(guó)在碳基半導(dǎo)體材料制備方面領(lǐng)先全球，為我國(guó)在下一代芯片制造技術(shù)領(lǐng)域贏得了寶貴的領(lǐng)先地位。

碳基半導(dǎo)體時(shí)代的開(kāi)啟

當(dāng)前智能手機(jī)、電腦登電子設(shè)備已成為人們生活中不可或缺的一部分,更高的運(yùn)行速度、更加持久的用電量一直是我們追求的目標(biāo),如何實(shí)現(xiàn)這些更優(yōu)的性能,離不開(kāi)晶體管研究領(lǐng)域的技術(shù)突破。

為打破傳統(tǒng)硅基芯片發(fā)展面臨的物理制約瓶頸,科學(xué)家們近年來(lái)開(kāi)始研究替代硅基芯片的新型材料,碳基晶體管以其優(yōu)越的性能,成為提高計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度,降低電子設(shè)備功耗的一代新星。但是,多年來(lái)一直面臨制造工藝、材料等方面的發(fā)展難題。

2020年9月25日,美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校和勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(Berkeley Lab)的物理學(xué)系教授Crommie、化學(xué)系教授Fischer及其同事在Science上發(fā)表了一項(xiàng)最新研究成果,這個(gè)由化學(xué)家和物理學(xué)家組成的團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造出了一種完全由碳制成的金屬線。

這種金屬線為制造碳基電路的工具箱提供了最后一個(gè)工具,該創(chuàng)造必將加速推進(jìn)碳基晶體管的研究進(jìn)程,為碳基計(jì)算機(jī)的制造奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
加州大學(xué)伯克利分?；瘜W(xué)系教授Felix Fischer表示:“在碳基材料(Carbon-Based Materials)領(lǐng)域內(nèi),將同種材料整合到一起的技術(shù)是關(guān)鍵所在?！彼赋?用同一種材料制造所有電路元件的能力會(huì)使制造變得更加容易,而這一直是全碳基集成電路架構(gòu)中缺少的關(guān)鍵因素之一。

上世紀(jì)五六十年代,集成電路開(kāi)始迅速發(fā)展,半導(dǎo)體制造工藝技術(shù)不斷提升,一小塊芯片上集成的晶體管數(shù)目不斷增加,摩爾定律穩(wěn)步發(fā)展。
進(jìn)入21世紀(jì),信息技術(shù)飛速發(fā)展,芯片性能不斷提高,尺寸也在不斷變小上實(shí)現(xiàn)一次次的突破,以單晶硅為主的半導(dǎo)體集成電路已成為整個(gè)信息技術(shù)的強(qiáng)大支柱。

但芯片尺寸的不斷減小,也增加了相關(guān)工藝的難度,尤其是到了納米級(jí)材料,受材料、技術(shù)、器件等方面的物理限制,傳統(tǒng)的硅基晶體管發(fā)展速度放緩。

近幾年,對(duì)于硅基芯片發(fā)展中,摩爾定律面臨的物理瓶頸日趨嚴(yán)重,研究人員開(kāi)始逐步探索碳納米晶體管的研發(fā)。與硅基晶體管相比,碳基晶體管具有成本低、功耗小、效率高的顯著優(yōu)勢(shì)。理論上來(lái)說(shuō),碳晶體管的極限運(yùn)行速度是硅晶體管的5-10倍,而功耗方面,卻只是后者的十分之一。

所謂碳納米管,是一種1991年被發(fā)現(xiàn)的新型材料,由呈六邊形排列的碳原子構(gòu)成的單層或者多層圓管。在制備高性能晶體管方面,它具有超高的電子和空穴遷移率、原子尺度的厚度、以及穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)等優(yōu)勢(shì)。

我國(guó)碳基芯片的研究起步較早,代表研究機(jī)構(gòu)有中科院、北京大學(xué)、清華大學(xué)等。

早在2017年,北京大學(xué)電子系教授彭練矛課題組就實(shí)現(xiàn)了用碳納米管研制出了晶體管,而且其工作速度相當(dāng)于英特爾最先進(jìn)的14納米商用硅材料晶體管的3倍,能耗僅占1/4。

彭練矛教授曾說(shuō):“我們?cè)谔蓟呻娐愤@條路上走了二十年,還沒(méi)有看到什么令我們覺(jué)得走不下去的障礙。”

超窄納米帶金屬線

隨著這些年碳基晶體管研究的不斷深入,相關(guān)工藝日趨成熟,實(shí)驗(yàn)室級(jí)的碳晶體管不斷被研發(fā)出來(lái),想要把這些獨(dú)立的碳基晶體管大規(guī)模的連接在一起形成一塊完整的芯片,因?yàn)殛P(guān)鍵部件——金屬線制造技術(shù)的不成熟,使得其成為一件相當(dāng)困難的事情。

金屬線就像計(jì)算機(jī)芯片中用于連接晶體管的金屬通道一樣,將晶體管中的電子從一端傳導(dǎo)到另一端,作為計(jì)算機(jī)的基本組成部分,晶體管也因此得以實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體元件的互連。

加州大學(xué)伯克利分校的研究團(tuán)隊(duì)多年來(lái)一直致力于研究如何使用石墨烯納米帶制造半導(dǎo)體和絕緣體。

石墨烯納米帶是由原子厚度的石墨烯組成的一維窄條,這種結(jié)構(gòu)完全由碳原子組成,排列成相互連接的六角形,類似于雞肉線。

新研發(fā)的碳基金屬也是一種石墨烯納米帶,但設(shè)計(jì)時(shí)著眼于在全碳晶體管的半導(dǎo)體納米帶之間傳導(dǎo)電子。Fischer的同事、加州大學(xué)伯克利分校物理學(xué)教授Michael Crommie說(shuō),金屬納米帶是采用一種自下而上的方法,利用較小的相同結(jié)構(gòu)單元組裝而成的結(jié)構(gòu)。每個(gè)結(jié)構(gòu)單元均貢獻(xiàn)一個(gè)電子,該電子可沿納米帶自由流動(dòng)。

雖然其他碳基材料也可以是金屬的,比如擴(kuò)展的二維石墨烯片和碳納米管。但它們各自存在問(wèn)題,例如,將二維石墨烯片材重塑成納米級(jí)的條帶,就會(huì)自發(fā)地將它們變成半導(dǎo)體,甚至是絕緣體。

碳納米管卻是一種極好的導(dǎo)體,但無(wú)法像納米帶那樣,以同樣的精度和可重復(fù)性進(jìn)行大量制備。

Crommie說(shuō):“納米帶可以便于我們利用自下而上的制造方式,以化學(xué)方式獲得各種各樣的結(jié)構(gòu),這是納米管還無(wú)法實(shí)現(xiàn)的一點(diǎn)。這樣我們基本上可以將電子縫合在一起,以創(chuàng)建金屬納米帶,這也是以前從來(lái)沒(méi)有做過(guò)的事情。這不僅是石墨烯納米帶技術(shù)領(lǐng)域的重大挑戰(zhàn)之一,也是我們感興趣的原因之一?！?/span>

金屬石墨烯納米帶具有寬的、部分填充的金屬電子帶特征,在電導(dǎo)率上應(yīng)該與二維石墨烯本身相當(dāng)。

“我們認(rèn)為金屬線確實(shí)是一項(xiàng)突破,這是我們第一次可以有意識(shí)地用碳基材料創(chuàng)造出一種超窄的金屬導(dǎo)體,這種導(dǎo)體是一種良好的本征導(dǎo)體,而無(wú)需外部摻雜?！盕ischer補(bǔ)充道。

調(diào)整拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

自上世紀(jì)五六十年代以來(lái),硅基集成電路為計(jì)算機(jī)提供了越來(lái)越快的速度和更優(yōu)的性能。但是近十年來(lái),半導(dǎo)體上可集成的晶體管數(shù)目增長(zhǎng)速度明顯放緩,摩爾定律被不斷質(zhì)疑是否已到了窮途末路,當(dāng)前的硅基半導(dǎo)體技術(shù)正在不斷達(dá)到物理極限。

與此同時(shí),想要降低電路的功耗也變得越來(lái)越難,計(jì)算機(jī)已經(jīng)成了全球能源的一大消耗設(shè)施。Fischer 說(shuō),與硅基計(jì)算機(jī)相比,碳基計(jì)算機(jī)的切換速度有可能會(huì)加快很多倍,而功耗卻很小。

純碳的石墨烯是下一代碳基計(jì)算機(jī)的主要競(jìng)爭(zhēng)者,窄帶的石墨烯主要是半導(dǎo)體,面對(duì)絕緣體完全不導(dǎo)電和金屬完全導(dǎo)電的兩個(gè)極端,如何將它們同時(shí)用作絕緣體和金屬,以完全由碳構(gòu)成晶體管和處理器,成為一大挑戰(zhàn)。

幾年前,Fischer和Crommie與理論材料科學(xué)家、加州大學(xué)伯克利分校物理學(xué)教授Steven Louie合作,發(fā)現(xiàn)了連接小長(zhǎng)度納米帶的新方法,從而可靠地創(chuàng)造了全方位的導(dǎo)電特性。從而可靠地創(chuàng)建了整個(gè)導(dǎo)電性能域。

兩年前,該團(tuán)隊(duì)證明,通過(guò)以正確的方式連接納米帶的短段,可以將每段中的電子排列成一個(gè)新的拓?fù)錉顟B(tài)(一種特殊的量子波函數(shù)),從而產(chǎn)生可調(diào)諧的半導(dǎo)體特性。

在這項(xiàng)新工作中,他們使用類似的技術(shù)將納米帶的短段縫合在一起,創(chuàng)造出一種長(zhǎng)數(shù)十納米、寬僅一納米的導(dǎo)電金屬線。

寬帶金屬石墨烯納米帶(GNR)的電子顯微鏡圖像圖中每個(gè)突簇對(duì)應(yīng)了一個(gè)單獨(dú)占據(jù)的電子軌道,在每個(gè)簇附近形成五邊形環(huán)會(huì)使得金屬GNR的電導(dǎo)率增加十倍以上, GNR主干的寬度為1．6納米。

這些納米帶材是通過(guò)化學(xué)方法創(chuàng)建的,并使用掃描隧道顯微鏡在非常平整的表面上成像。簡(jiǎn)單的加熱就可以誘導(dǎo)分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng),并以正確的方式連接在一起。Fischer將菊花鏈?zhǔn)椒e木的組裝比作一套樂(lè)高積木,但樂(lè)高積木的設(shè)計(jì)適合原子級(jí)。

Fischer 說(shuō):“它們都是經(jīng)過(guò)精確設(shè)計(jì)的,所以只有一種方式可以合在一起。這就好比你拿一袋樂(lè)高積木,搖一搖,就會(huì)出來(lái)一輛完全組裝好的汽車。這就是用化學(xué)控制自組裝的神奇所在?！?/span>

一旦組裝完畢,新的納米帶的電子狀態(tài)是一種金屬,就像Louie預(yù)測(cè)的那樣,每個(gè)部分都貢獻(xiàn)了一個(gè)導(dǎo)電電子。最終的突破可以歸因于納米帶結(jié)構(gòu)的微小變化。

“利用化學(xué)方法,我們創(chuàng)造了一個(gè)微小的變化,大約每100個(gè)原子中只有一個(gè)化學(xué)鍵發(fā)生了變化,但卻使納米帶狀物的金屬性提高了20倍,從實(shí)用性的角度來(lái)看,這對(duì)使其成為一種性能良好的金屬是很重要的?！盋rommie說(shuō)。

Fischer 教授和Crommie教授正在與加州大學(xué)伯克利分校的電氣工程師合作,將他們的工具箱中的半導(dǎo)體、絕緣和金屬石墨烯納米帶組裝到工作的晶體管中。

Fischer說(shuō):“我相信這項(xiàng)技術(shù)將在未來(lái)改變我們構(gòu)建集成電路的方式,這應(yīng)該會(huì)使我們比現(xiàn)在可以預(yù)期的硅具有最好的性能提升一大步。我們現(xiàn)在有一條途徑,可以以更低的功耗獲得更快的開(kāi)關(guān)速度。這就是未來(lái)推動(dòng)碳基電子半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的動(dòng)力。”

碳基芯片競(jìng)速賽低調(diào)開(kāi)啟

過(guò)去，中國(guó)芯片更像是“在別人的墻基上砌房子”，如今有望在自家院子壘墻。北京大學(xué)電子學(xué)系彭練矛院士，耗二十年之力，終于在碳管研究上實(shí)現(xiàn)重大突破。

2020 年，彭練矛和團(tuán)隊(duì)、發(fā)展出全新的提純和自組裝方法，并使用該方法制備出高密度、高純半導(dǎo)體陣列的碳納米管材料，在此基礎(chǔ)上還首次實(shí)現(xiàn)性能超越同等柵長(zhǎng)硅基 CMOS 技術(shù)的晶體管和電路（CMOS，互補(bǔ)式金氧半導(dǎo)體）。

彭練矛的另一個(gè)身份，是北京碳基集成電路研究院院長(zhǎng)。該研究院由北京市科委和北京大學(xué)共建。據(jù)他透露，研究院獲得了北京市科委的支持。

此外，科技部納米專項(xiàng)，給予北大碳基團(tuán)隊(duì)共計(jì) 20 年的大項(xiàng)目，并提供資金支持 9000 萬(wàn)元左右；國(guó)家自然科學(xué)基金，則提供 6 年共計(jì) 1000 萬(wàn)元的資金支持。

國(guó)家科技主管部門(mén)，為何對(duì)此項(xiàng)目寄予厚望？當(dāng)前，晶體管主要用硅做成，尋找硅的替代品，是學(xué)術(shù)界應(yīng)對(duì)摩爾定律 “失效” 的當(dāng)務(wù)之急。早在 2004 年，全球?qū)W術(shù)界就發(fā)現(xiàn)，用碳做的晶體管，可以代替硅晶體管。

然而，近日麻省理工學(xué)院（以下稱 MIT）的一項(xiàng)研究成果，必將給中國(guó)的研究帶來(lái)競(jìng)爭(zhēng)。

2020年6月1日，該校的電氣工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)系助理教授馬克斯·舒拉克（Max M. Shulaker），帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在《自然·電子學(xué)》雜志發(fā)表了題為《在商用硅制造設(shè)施中制造碳納米管場(chǎng)效應(yīng)晶體管》（Fabrication of carbon nanotube field-effect transistors in commercial silicon manufacturing facilities）的論文。

舒拉克團(tuán)隊(duì)改進(jìn)了一種將襯底浸沒(méi)在納米管溶液的沉積技術(shù)，從而讓工業(yè)設(shè)備制造碳管成為可能。他們表示，這將促進(jìn)碳管盡快應(yīng)用到商業(yè)中。

同樣研究該技術(shù)的彭練矛認(rèn)為這篇文章并不新鮮，只不過(guò)展示了制備薄膜的細(xì)節(jié)。但意義比較重大的地方在于，這些工作是在商業(yè)硅基線上做的，它的確代表碳納米管集成電路，將會(huì)很快進(jìn)入公眾視野。

圖 | MIT 團(tuán)隊(duì)近日在《自然·電子學(xué)》發(fā)表的論文不過(guò)彭練矛表示，目前 MIT 團(tuán)隊(duì)的薄膜還是無(wú)序的，所以就算可以制備出來(lái)，性能未必很好。

從經(jīng)驗(yàn)上來(lái)看，彭練矛團(tuán)隊(duì)的能力，也完全可以和舒克拉團(tuán)隊(duì)抗衡。相比舒克拉這位 90 后，彭練矛研究經(jīng)驗(yàn)更多，論文發(fā)表量也遠(yuǎn)超前者，其團(tuán)隊(duì)已在《科學(xué)》發(fā)表三篇論文，在《自然》子刊也發(fā)表過(guò)多篇論文。

并且他還在牛津大學(xué)工作過(guò)，國(guó)際化方面完全不是問(wèn)題。但 MIT 論文的一個(gè)細(xì)節(jié)，讓人“細(xì)思極恐”。

彭練矛團(tuán)隊(duì)獲得了政府研究資金的大力支持，而 MIT 團(tuán)隊(duì)的研究，除了有美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局三維芯片系統(tǒng)計(jì)劃和美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室的官方支持外，還有 ADI 和 SkyWater 這樣的半導(dǎo)體公司支持。

圖 | MIT 的研究有半導(dǎo)體公司 ADI 和 SkyWater 的支持來(lái)自企業(yè)的支持，正是彭練矛團(tuán)隊(duì)當(dāng)前急需的。他表示，中國(guó)企業(yè)并沒(méi)有出大錢(qián)，也沒(méi)有像美國(guó)企業(yè)這樣深度參與。

中國(guó)決策層常講，“扶上馬送一程”。但是，送上路后，真正被企業(yè)所用，才能體現(xiàn)研究成果的價(jià)值。

舒拉克當(dāng)時(shí)所在的斯坦福團(tuán)隊(duì)的主要領(lǐng)導(dǎo)者之一，是目前任職臺(tái)積電首席科學(xué)家的黃漢森，化學(xué)團(tuán)隊(duì)則由柔性電子領(lǐng)域先驅(qū)、斯坦福大學(xué)化學(xué)工程系主任兼教授鮑哲南擔(dān)綱。

后來(lái)，舒拉克從斯坦福畢業(yè)、并在發(fā)表幾篇論文后，來(lái)到 MIT 成為助理教授、繼續(xù)開(kāi)展碳管研究。

MIT 團(tuán)隊(duì)通過(guò)和美國(guó)其他高校以及公司合作，在 PDK 和 EDA 工具開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、工藝工程化等方面更具優(yōu)勢(shì)，各方面比較均衡。

相比舒拉克團(tuán)隊(duì)，北大彭練矛團(tuán)隊(duì)在碳基集成電路技術(shù)的基礎(chǔ)- 高性能碳基晶體管和高質(zhì)量碳納米管材料方面，具有領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，一些成果已經(jīng)做到世界最佳。

可以說(shuō)，當(dāng)前全球碳管芯片研究做得最好的，正是 MIT 舒克拉團(tuán)隊(duì)和北大彭練矛團(tuán)隊(duì)。但讓彭練矛擔(dān)心的是，企業(yè)合作是目前最大的短板。

而美國(guó)公司和高校之間交流和流動(dòng)性較好，美國(guó)公司普遍愿意給高校投錢(qián)做項(xiàng)目，并會(huì)提出明確目標(biāo)，讓高校定期匯報(bào)進(jìn)度。

目前，國(guó)內(nèi)公司更愿意在研究方案成熟時(shí)，來(lái)和高校合作。例如在通信領(lǐng)域，企業(yè)和高校的合作就較多。因?yàn)檫@一般不涉及 “卡脖子” 的硬科技技術(shù)，通過(guò)改進(jìn)算法或模型，就能出產(chǎn)品。

而帶有不確定性的合作，一般短期內(nèi)很難給公司帶來(lái)盈利，長(zhǎng)期來(lái)看也存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，一般的公司也就沒(méi)有給高校投錢(qián)的動(dòng)力。處在行業(yè)引領(lǐng)地位的公司，例如華為，會(huì)更關(guān)注基礎(chǔ)研發(fā)這部分，目前已和彭練矛團(tuán)隊(duì)接觸。

對(duì)于量產(chǎn)時(shí)間，郭鑫稱難度相對(duì)較低的物聯(lián)網(wǎng)碳管芯片，預(yù)計(jì)三至五年內(nèi)就可能商用。而應(yīng)用于手機(jī)和服務(wù)器上的碳管芯片，則需要更長(zhǎng)時(shí)間，因?yàn)檫@類芯片需要更先進(jìn)的工藝制程，更復(fù)雜的設(shè)計(jì)，更高的集成度，以及更高的產(chǎn)能要求。

此外，當(dāng)下國(guó)內(nèi)外廠商中，盡管 IBM 的碳管研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)基本解散，相關(guān)研究人員大都去了美國(guó)高校，但是英特爾依然有布局。臺(tái)積電也在默默做碳管研究，只是比較低調(diào)。

碳基芯片不能重蹈覆轍

事實(shí)上，美國(guó)半導(dǎo)體企業(yè)，除參與高校研究之外，還承擔(dān)著類似政府智庫(kù)的角色。

2017 年，特朗普剛上任，總統(tǒng)科技顧問(wèn)委員會(huì)就發(fā)布一份名為《如何確保美國(guó)在半導(dǎo)體行業(yè)的長(zhǎng)期領(lǐng)導(dǎo)地位》的報(bào)告。

為寫(xiě)這份報(bào)告，時(shí)任美國(guó)總統(tǒng)科技助理、兼白宮科技政策辦公室主任約翰 · 霍爾德倫，邀請(qǐng)英特爾前 CEO、飛思卡爾半導(dǎo)體前董事長(zhǎng)、全球晶圓代工巨頭格芯前 CEO、高通公司副董事長(zhǎng)等，成立領(lǐng)導(dǎo)小組做研究。

他們研究后得出，中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的向好發(fā)展，已成為 “讓美國(guó)再次偉大” 的威脅。報(bào)告首頁(yè)直指中國(guó)，上面寫(xiě)道：“中國(guó)通過(guò)產(chǎn)業(yè)政策以及高達(dá) 1000 億美元的大基金，正在按照自己的意圖有計(jì)劃地重塑半導(dǎo)體市場(chǎng)，這嚴(yán)重威脅到美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力以及利益相關(guān)方。”

最后，該智囊團(tuán)為美國(guó)半導(dǎo)體繼續(xù)領(lǐng)先世界的目標(biāo)，定下的策略之一，正是抑制中國(guó)創(chuàng)新。報(bào)告認(rèn)為，中國(guó)瞄準(zhǔn)半導(dǎo)體設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的全球領(lǐng)導(dǎo)地位，并利用國(guó)內(nèi)穩(wěn)步增長(zhǎng)的半導(dǎo)體消費(fèi)市場(chǎng)放大影響。美國(guó)覺(jué)得這些影響疊加起來(lái)，比任何技術(shù)創(chuàng)新的威力都大。

但直到目前，中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)，仍未實(shí)現(xiàn)世界領(lǐng)先。不然華為怎會(huì)被美國(guó)逼得想盡辦法找代工廠，甚至還和韓國(guó)芯片代工廠商接洽？

如 2018 年倪光南在 “中興事件” 后所言：“有些芯片確實(shí)跟國(guó)外差距很大，通信領(lǐng)域中興用的很多芯片我們沒(méi)有，沒(méi)有是因?yàn)檫^(guò)去沒(méi)重視?！?/span>

比如，臺(tái)積電已經(jīng)量產(chǎn) 7nm 芯片，中國(guó)大陸的中芯國(guó)際還在摸索 14nm。盡管大家對(duì)中芯國(guó)際的國(guó)產(chǎn)替代寄予厚望，但前提是他必須跑得快。

跑得慢，就得受美國(guó)制裁。為什么美國(guó)能制裁中興和華為？通俗點(diǎn)說(shuō)就是因?yàn)槟萌思业氖侄獭?/span>

龍芯公司董事長(zhǎng)胡偉武，曾比喻稱：“過(guò)去地主安心收租，農(nóng)民好好種莊稼；如今農(nóng)民靠積蓄也買(mǎi)了塊地自己種起莊稼，影響了地主家的生意，地主家前些年日子太好過(guò)，現(xiàn)在又沒(méi)了余糧——怎會(huì)不想方設(shè)法收拾農(nóng)民？”

2018 年，“中興事件”發(fā)生幾天后，軍事專家張召忠評(píng)論稱：“每當(dāng)我們想創(chuàng)新的時(shí)候，美國(guó)人總是告訴我們，我這里芯片大大滴有，你們還費(fèi)那個(gè)勁干什么？現(xiàn)在全球經(jīng)濟(jì)一體化，都在強(qiáng)調(diào)全球產(chǎn)業(yè)鏈分工合作，中國(guó)沒(méi)必要研發(fā)芯片?！?/span>

這兩年，美國(guó)一直希望所有被制裁的中國(guó)公司，都可以像中興一樣乖乖就范交罰款。

小到手機(jī)，大到信息化戰(zhàn)爭(zhēng)，都有芯片的身影。如果你的手機(jī)，有面部解鎖功能，那這正是 AI 芯片的功能。

芯片技術(shù)是國(guó)之重器，光有學(xué)術(shù)研究，根本抬不動(dòng)。中國(guó)科學(xué)院微電子研究所所長(zhǎng)葉甜春曾說(shuō)：“集成電路整個(gè)技術(shù)從設(shè)計(jì)到制造，到目前為止是人類歷史上最精密的設(shè)計(jì)、制造加工技術(shù)。（打個(gè)比方）集成電路是喜馬拉雅山，核心芯片是珠穆朗瑪峰，需要全世界最高端的技術(shù)。”

孫悟空翻個(gè)跟頭十萬(wàn)八千里，多次從各路妖精手中解救唐僧，但唐僧隨便念念經(jīng)，就能把孫悟空搞得痛不欲生。缺乏核心技術(shù)，正是中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)頭上的一道緊箍咒。

2018 年數(shù)據(jù)顯示，每年光在電腦芯片和處理器芯片上，國(guó)外就從中國(guó)賺走 100 多億美元。付出如此代價(jià)的原因之一，正是因?yàn)槎鄶?shù)國(guó)內(nèi)廠商，寧肯斥巨資從國(guó)外買(mǎi)技術(shù)，也不愿和國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)界一塊研發(fā)技術(shù)。

但要想趕超，還得靠創(chuàng)新，盡管創(chuàng)新會(huì)有失敗。希望中國(guó)在碳基芯片研發(fā)上的良好開(kāi)局，能夠在產(chǎn)業(yè)化中得以保持，而不是再次經(jīng)歷硅基芯片的教訓(xùn)。

但一味模仿，至多維持不掉隊(duì)，要想趕超還是得創(chuàng)新，盡管會(huì)有失敗。其實(shí)，中國(guó)芯片和創(chuàng)業(yè)一樣，要有勇氣去試，不試就永遠(yuǎn)落后。

2020年中國(guó)國(guó)際石墨烯創(chuàng)新大會(huì)上，超平銅鎳合金單晶晶圓、8英寸石墨烯單晶晶圓、鍺基石墨烯晶圓等新材料集體亮相，展示了我國(guó)在高質(zhì)量石墨烯材料領(lǐng)域的創(chuàng)新成果。在上海市石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)功能型平臺(tái)的推動(dòng)下，科研團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了這些成果的小批量生產(chǎn)，產(chǎn)品尺寸和質(zhì)量處于國(guó)際“領(lǐng)跑”水平。

自從2004年石墨烯被分離出來(lái)后，物理、化學(xué)、材料、生物等領(lǐng)域的眾多科學(xué)家投身其中，研發(fā)這種讓兩位科學(xué)家獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的新材料。2009年，中科院上海微系統(tǒng)所科研團(tuán)隊(duì)瞄準(zhǔn)石墨烯單晶制備及其電子器件應(yīng)用的關(guān)鍵難題，開(kāi)始了科技攻關(guān)?！熬拖裰圃旃栊酒牟牧鲜且黄鑶尉ЬA，想用石墨烯等碳基二維材料實(shí)現(xiàn)電子器件集成，開(kāi)啟微電子技術(shù)變革，就必須制備出大尺寸、高質(zhì)量的石墨烯單晶晶圓?！敝锌圃荷虾Ｎ⑾到y(tǒng)所副研究員吳天如解釋說(shuō)。

可謂“十年磨一劍”，科研團(tuán)隊(duì)在國(guó)家科技重大專項(xiàng)、上海市科技創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃項(xiàng)目支持下，瞄準(zhǔn)高質(zhì)量石墨烯制備與高性能器件技術(shù)的制高點(diǎn)，針對(duì)晶圓級(jí)石墨烯單晶的可控制備，專注于石墨烯新功能的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用領(lǐng)域的拓展。從生長(zhǎng)出單層，到單晶，再到原子級(jí)平整的大面積晶圓，上海科學(xué)家終于讓石墨烯從用膠帶剝離出幾微米的樣品，升級(jí)為可以規(guī)?；a(chǎn)的8英寸晶圓。

上海市石墨烯功能型平臺(tái)展示的8英寸石墨烯晶圓為早日實(shí)現(xiàn)石墨烯晶圓量產(chǎn)，中科院上海微系統(tǒng)所去年2019年9月與上海市石墨烯功能型平臺(tái)簽訂了合作協(xié)議。功能型平臺(tái)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室適合進(jìn)行中試，具有“從1到10”的研發(fā)與轉(zhuǎn)化功能。經(jīng)過(guò)近一年建設(shè)，這個(gè)看似廠房的大型實(shí)驗(yàn)室已實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的小批量生產(chǎn)。

目前，一些基于石墨烯、用于數(shù)據(jù)通信的電子組件正在業(yè)界進(jìn)行原型演示。其中，電子和光子組件已集成到傳輸系統(tǒng)中并經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，可實(shí)現(xiàn)高速、低功耗的數(shù)據(jù)/電話通信。石墨烯光電探測(cè)器的光電模塊，可檢測(cè)從可見(jiàn)光到熱范圍的整個(gè)波段的光。因此，它們有望為夜視、光譜學(xué)和熱成像技術(shù)提供有成本競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。此外，原子層薄的石墨烯材料可以充當(dāng)各種物理參數(shù)（化學(xué)成分、濕度、溫度、應(yīng)變等）的強(qiáng)大傳感器，這些單片感應(yīng)平臺(tái)與射頻識(shí)別天線結(jié)合使用，能用作遠(yuǎn)程可讀探測(cè)器。

石墨烯太赫茲探測(cè)器件（左）和石墨烯高性能射頻晶體管

石墨烯晶圓的小批量生產(chǎn)，為國(guó)產(chǎn)新一代電子器件的研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。在石墨烯器件集成方面，這類產(chǎn)品已積累了很多國(guó)內(nèi)外用戶。中科院、中電集團(tuán)下屬單位利用滬研材料開(kāi)展攻關(guān)，突破了石墨烯太赫茲探測(cè)器件、高性能射頻晶體管等電子器件的核心工藝。吳天如表示，這些前沿研究和成果轉(zhuǎn)化，有利于解決碳基電子器件實(shí)用化面臨的技術(shù)障礙，加速推進(jìn)我國(guó)碳基集成電路技術(shù)的創(chuàng)新跨越發(fā)展。

附：碳納米管小科普

一、偶然被發(fā)現(xiàn)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)“明日之子”

半導(dǎo)體早期發(fā)展階段，晶體管由鍺制作。發(fā)現(xiàn)鍺材料制成的芯片難以承受高溫工作條件后，研究人員翻開(kāi)元素周期表，選出與鍺屬于同族、儲(chǔ)量更足、耐熱性更好的硅成為替代。

相比硅材料的“按圖索驥”，碳基半導(dǎo)體材料被發(fā)現(xiàn)要偶然得多。碳納米管由碳分子管狀排列而成，可看作是由單層石墨卷成了一個(gè)“圓筒”，需要由石墨棒等碳材料經(jīng)特殊方法制備而成。

1991年，日本物理學(xué)家飯島澄男就職于日本筑波市的NEC（日本電氣）基礎(chǔ)研究所，專長(zhǎng)于納米科學(xué)、電子顯微鏡學(xué)等領(lǐng)域。

當(dāng)時(shí)，飯島用高分辨透射電子顯微鏡，觀測(cè)用電弧法產(chǎn)生的碳纖維產(chǎn)物，意外發(fā)現(xiàn)了碳納米管。飯島澄男曾在美國(guó)、日本指導(dǎo)大量中國(guó)學(xué)生，2011年，飯島澄男當(dāng)選為中國(guó)科學(xué)院外籍院士。

▲飯島澄男通過(guò)對(duì)碳納米管材料的研究，人們發(fā)現(xiàn)它具有相比硅基材料更為優(yōu)異的半導(dǎo)體特性，特別是在高遷移率、納米尺寸、柔性、通透性、生物可兼容性方面。這些優(yōu)異特性意味著碳基集成電路將具備高速率、高能效的優(yōu)勢(shì)。

基于上述性能優(yōu)勢(shì)，相比硅基晶體管，碳納米管晶體管具有5～10倍的速度和能耗優(yōu)勢(shì)，適合用于高端電子學(xué)應(yīng)用、高頻器件應(yīng)用、光通訊電路應(yīng)用、柔性薄膜電子學(xué)應(yīng)用。

二、二十余年成長(zhǎng)史：IBM/斯坦福紛紛入局

飯島澄男的發(fā)現(xiàn)開(kāi)啟了對(duì)碳納米管這種材料的研究，也為碳納米管的半導(dǎo)體應(yīng)用買(mǎi)下伏筆。在實(shí)際應(yīng)用方面，IBM是“第一個(gè)吃螃蟹的勇士”。

1998年，IBM研究人員制作出首個(gè)可工作的碳納米管晶體管。從那以后很長(zhǎng)時(shí)間，IBM一直對(duì)碳納米管晶體管表現(xiàn)出濃厚興趣。

2012年，IBM研究人員制造出一個(gè)溝道長(zhǎng)度為9nm的碳納米管晶體管。這是世界上首個(gè)可以在10nm節(jié)點(diǎn)以下工作的晶體管。同年，IBM基于標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體制程，研究出將超1萬(wàn)個(gè)碳納米管晶體管集成到一顆芯片中的技術(shù)。

▲IBM制備的9nm溝道長(zhǎng)度碳納米管晶體管示意圖2014年，IBM更是拋出豪言壯語(yǔ)，稱要在2020年之前利用碳納米管制備出比其時(shí)芯片快5倍的半導(dǎo)體芯片。2017年，IBM研究將碳納米管晶體管尺寸推進(jìn)40nm。IBM還曾組建一支專攻碳納米管半導(dǎo)體技術(shù)研發(fā)的團(tuán)隊(duì)，就在IBM的T·J·華盛頓研究中心，由Wilfried Haensch領(lǐng)導(dǎo)。

2013年，斯坦福大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)用178個(gè)碳納米管晶體管制造出一個(gè)碳基芯片。當(dāng)時(shí)，斯坦福研究人員評(píng)論稱：也許有一天硅谷會(huì)變成碳谷。

2019年，麻省理工學(xué)院研究人員與芯片制造商Analog Devices合作，制造出全球首個(gè)全功能、可編程的16位RISC-V架構(gòu)碳基處理器。該處理器能夠完整地執(zhí)行整套指令集。它還執(zhí)行了經(jīng)典的“Hello，World！”程序的修改版本，打出了“Hello, World！I am RV16XNano，made from CNTs（你好，世界！我是RV16XNano，由碳納米管制成）”。

2019年7月，DARPA召開(kāi)“電子復(fù)興計(jì)劃”。斯坦福–麻省理工的碳納米管項(xiàng)目獲得資助。

半導(dǎo)體廠商巨頭、學(xué)術(shù)研究領(lǐng)先者紛紛下注碳基半導(dǎo)體，再次反證了碳納米管材料在半導(dǎo)體領(lǐng)域的巨大潛能。

但是，這并不代表著對(duì)碳納米管半導(dǎo)體技術(shù)的研發(fā)會(huì)一帆風(fēng)順。1998年首個(gè)碳納米管晶體管研發(fā)至今，碳納米管半導(dǎo)體技術(shù)一直遭遇材料上的瓶頸。長(zhǎng)期以來(lái)，最小碳納米管CMOS器件的柵長(zhǎng)停滯在20nm（2014年 IBM）。

具體來(lái)說(shuō)，為了滿足大規(guī)模高性能集成電路的要求，需要碳納米管晶體管同時(shí)滿足兩個(gè)要求：

1、排列和密度方面，需要一種高取向陣列方法，要求在1微米中放下100至200根碳納米管，以保證晶體管數(shù)目；

2、純度方面，需要半導(dǎo)體純度大于99.9999%、或者金屬型碳管含量小于0.0001%，以保證半導(dǎo)體性。

目前，在碳納米管半導(dǎo)體領(lǐng)域發(fā)展較好的外國(guó)企業(yè)是美國(guó)存儲(chǔ)芯片制造商N(yùn)antero。根據(jù)Nantero

官方信息，該公司計(jì)劃于今年晚些時(shí)候推出基于碳納米管晶體管的NRAM產(chǎn)品。

三、我國(guó)的碳基半導(dǎo)體研究“風(fēng)景獨(dú)好”

國(guó)外碳納米管半導(dǎo)體材料研發(fā)停滯不前六七年。有媒體報(bào)道稱，IBM的碳納米管研發(fā)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)黯然解散，相關(guān)人員大多進(jìn)入高校進(jìn)行學(xué)術(shù)研究。

反觀我國(guó)，我國(guó)的碳納米材料研究起步較早。1997年，北京大學(xué)成立全國(guó)第一個(gè)納米科技研究機(jī)構(gòu)：北京大學(xué)納米科學(xué)與技術(shù)研究中心。

2002年，清華大學(xué)吳德海教授團(tuán)隊(duì)和美國(guó)倫斯勒理工學(xué)院P.M.Ajayan教授合作，首次制備出利用浮動(dòng)化學(xué)氣相沉積方法制備直徑約為300至500微米的碳納米管束。

同年，清華大學(xué)范守善教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了從碳納米管陣列拉絲制備碳納米管纖維的方法。除了這些成就，據(jù)2014年數(shù)據(jù)，我國(guó)有超過(guò)1000家高校和科研所從事碳納米材料研究活動(dòng)，在碳納米材料的研究方面不斷創(chuàng)新。

碳納米管半導(dǎo)體技術(shù)研發(fā)方面，相比國(guó)外一卡六七年的狀況，我們頗有些“這邊風(fēng)景獨(dú)好”的意思。

中國(guó)碳基納電子器件代表研究機(jī)構(gòu)有中科院、北京大學(xué)、清華大學(xué)等。今年5月份，北京大學(xué)發(fā)起的北京元芯碳基集成電路研究院，在權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《Science》上發(fā)表一種全新的碳納米管制備方法，首次同時(shí)實(shí)現(xiàn)了碳納米管晶體管的高密度、高純度要求。

使用該方法制備的碳納米管純度可達(dá)到99.9999%，陣列密度達(dá)到120/微米。通過(guò)這一技術(shù)，研究人員有望將集成電路技術(shù)推進(jìn)到3nm節(jié)點(diǎn)以下！

▲北大團(tuán)隊(duì)研發(fā)的晶圓級(jí)高質(zhì)量碳管陣列薄膜這個(gè)消息一經(jīng)公布，我國(guó)從事碳納米材料研發(fā)、生產(chǎn)的幾家企業(yè)股票紛紛開(kāi)漲。代表的有楚江新材、銀龍股份旗下碳基研究院、中科電氣、丹邦科技等。

在這些公司中，丹邦科技可以算是我國(guó)碳基半導(dǎo)體領(lǐng)域的一支強(qiáng)勁力量。丹邦科技成立于2001年，專門(mén)從事?lián)闲噪娐放c材料的研發(fā)和生產(chǎn)，是深圳證券交易所中小板上市企業(yè)。

2019年，丹邦科技自主研發(fā)的TPI量子碳基薄膜成功試生產(chǎn)。作為世界上唯一具備TPI量子碳基薄膜量產(chǎn)能力的企業(yè)，據(jù)稱其技術(shù)已被蘋(píng)果、華為看中。有消息稱華為已經(jīng)進(jìn)入中試階段。

TPI量子碳基薄膜具有多層石墨烯結(jié)構(gòu)，主要用于5G手機(jī)、芯片、筆電、柔性屏散熱等使用場(chǎng)景。

6月30日，丹邦科技披露了其2019年年度報(bào)告。數(shù)據(jù)顯示，2019年丹邦科技營(yíng)業(yè)收入為約3.47億元，其中PI膜業(yè)務(wù)約占167萬(wàn)，占比0.48%。

結(jié)語(yǔ)：碳基材料有望挑起未來(lái)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)“大梁”

按照國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展路線圖委員會(huì)（ITRS）預(yù)測(cè)，硅基半導(dǎo)體的性能將在2020年左右達(dá)到物理學(xué)極限。

2020年，最先進(jìn)的芯片制程節(jié)點(diǎn)推進(jìn)5nm。5nm之后，全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)何去何從？哪怕不是2020年，硅基晶體管的尺寸極限終將到來(lái)，到那時(shí)芯片產(chǎn)業(yè)又該怎么辦？

面對(duì)硅基材料的尺寸極限，換用碳基材料不失為一個(gè)方法。我國(guó)北大研究團(tuán)隊(duì)在制備碳納米管晶體管方面取得的成就正是把碳基半導(dǎo)體向產(chǎn)業(yè)應(yīng)用推進(jìn)了一步，也有助于我國(guó)為“摩爾定律將終結(jié)”的預(yù)言未雨綢繆。

在北大團(tuán)隊(duì)發(fā)表《Science》論文后的6月1日，麻省理工學(xué)院的碳納米管研究也取得進(jìn)展。根據(jù)發(fā)表在《自然·電子學(xué)》上的論文，麻省理工研究人員證明了碳納米管可以在工廠量產(chǎn)。

從1991年被發(fā)現(xiàn)至今，碳納米管技術(shù)一直在穩(wěn)步發(fā)展?；蛟S在未來(lái)，碳基材料將成為半導(dǎo)體領(lǐng)域“挑大梁”般的存在，讓我們拭目以待。