目前，大到航空航天、金融保險、衛(wèi)生醫(yī)療等領(lǐng)域，小到智能手機、家用電器等數(shù)碼家電所使用芯片絕大部分采用硅基材料的集成電路技術(shù)。

 

　　雖然半導(dǎo)體的種類很多，研發(fā)領(lǐng)域也很廣，但是目前市場上主流半導(dǎo)體都屬于硅基半導(dǎo)體，并且制程越小，技術(shù)越先進。就現(xiàn)在的市場而言硅基半導(dǎo)體最先進的代表是臺積電，其制程工藝已經(jīng)達到2nm、5nm等級別。我國由于技術(shù)一直得不到突破，而且缺少光刻機的輔助，所以在芯片的研發(fā)生產(chǎn)上一直都得不到太大的進步。芯片嚴(yán)重依賴外國進口。據(jù)統(tǒng)計，中國每年進口芯片的花費高達3000億美元，甚至超過了進口石油的花費。

 

　　重大突破

 

　　隨著中國科技近年來不斷發(fā)展，中國一直在科學(xué)技術(shù)上不懈努力，必須要打破國外的技術(shù)壟斷。這次一直在半導(dǎo)體行業(yè)中比較落后的中國，居然彎道超車了。

　　北京大學(xué)電子系教授張志勇

 

　　5月26日，北京元芯碳基集成電路研究院發(fā)布信息，由中科院院士、北京大學(xué)教授彭練矛和張志勇教授帶領(lǐng)的團隊經(jīng)過多年的科研探索，在碳基半導(dǎo)體制備材料研究領(lǐng)域取得突破性進展，該科研成果近日發(fā)表在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上。

 

　　碳基材料的柔軟性較好，適用于制作柔性器械，尤其是醫(yī)療領(lǐng)域。而在一些高輻射高溫度的極端環(huán)境，采用碳基技術(shù)制造出的機器人將更好地代替人類執(zhí)行危險系數(shù)更高的任務(wù)，至于個人應(yīng)用上，碳基能夠極大的延長智能手機的待機時間。

 

　　若手機植入了碳基技術(shù)芯片，看視頻時完全不用擔(dān)心電量流失過快，至少能支持看9小時的電影。要知道目前續(xù)航能力再強的手機，絕對無法支持播放這樣長時間的視頻。

 

　　“采用硅以外的材料做集成電路，包括鍺、砷化鉀、石墨烯和碳，一直是國外半導(dǎo)體前沿的技術(shù)。而碳基半導(dǎo)體則具有成本更低、功耗更小、效率更高的優(yōu)勢，更適合在不同領(lǐng)域的應(yīng)用而成為更好的半導(dǎo)體材料選項。我們的碳基半導(dǎo)體研究是代表世界領(lǐng)先水平的。”彭練矛院士說。

　　彭練矛和張志勇教授帶領(lǐng)科研團隊在四英寸基底上制備出密度高達每微米120根、半導(dǎo)體純度超過99.9999%的碳納米管平行陣列，并在此基礎(chǔ)上首次實現(xiàn)了性能超越同等柵長硅基CMOS的晶體管和電路，成功突破了長期以來阻礙碳納米管電子學(xué)發(fā)展的瓶頸。

　　高密度高純半導(dǎo)體碳納米管陣列的制備和表征

 

　　據(jù)悉，北京碳基集成電路研究院，是碳管技術(shù)的主要研究單位，該單位由北京市科委和北京大學(xué)共建。目前，研究院正在和華為等國內(nèi)廠商對接，未來不排除華為等國內(nèi)廠商，在芯片中使用碳管的可能。

 

　　至少節(jié)約30%的功耗

 

　　雖然目前市面上常見的半導(dǎo)體材料都是硅基半導(dǎo)體，但是如果論整體優(yōu)勢的話，碳基半導(dǎo)體更加有研發(fā)價值，而且研發(fā)的空間也更加大，業(yè)內(nèi)人士也更加看好碳基半導(dǎo)體的發(fā)展。因為受到物理條件所限制，硅基芯片技術(shù)2nm幾乎是達到了極限了，不管怎么樣，硅基管的體積始終是一個制約著硅基芯片的問題。而北大教授團隊這次能夠擺脫過去的老舊思維，采用了碳基芯片技術(shù)，將原先二維硅基技術(shù)變成三維碳基芯片技術(shù)，成功打破了物理極限。

 

　　相比傳統(tǒng)硅基技術(shù)，碳基半導(dǎo)體具有成本更低、功耗更小、效率更高的優(yōu)勢，因此也被視作是性能更好的半導(dǎo)體材料。與國外硅基技術(shù)制造出來的芯片相比，我國碳基技術(shù)制造出來的芯片在處理大數(shù)據(jù)時不僅速度會更快，而且至少能節(jié)約30%左右的功耗。

 

　　碳基芯片的應(yīng)用能力也比硅基芯片更加廣。碳基芯片比硅基芯片處理數(shù)據(jù)的速度更加快，而且功耗也沒有硅基芯片大，碳基芯片未來的發(fā)展前景比硅基芯片更加大。在硅基半導(dǎo)體的研發(fā)逐漸進入瓶頸期之后，未來全球半導(dǎo)體的發(fā)展方向最可能是碳基半導(dǎo)體技術(shù)。

 

　　而我國現(xiàn)在搶先在碳基半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了技術(shù)突破，能夠大大提高我國將來在世界半導(dǎo)體行業(yè)中的地位跟話語權(quán)，讓“中國芯”更有希望！