最近國(guó)產(chǎn)8英寸石墨烯晶圓實(shí)現(xiàn)了小批量生產(chǎn)，似乎給國(guó)產(chǎn)芯片快道超車(chē)打了一劑興奮劑。因?yàn)槔碚撋蟻?lái)說(shuō)，只要在石墨烯晶圓上繼續(xù)進(jìn)切片、刻蝕、離子注入等操作，就能繞過(guò)光刻機(jī)，做出碳基芯片。也就是說(shuō)，我們國(guó)產(chǎn)芯片，終于不用再被別人卡脖子了。但事實(shí)能按照我們?cè)O(shè)想的進(jìn)行嗎？今天我們將從石墨烯的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)來(lái)分析一下碳基芯片到底能否取代硅基芯片？

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摩爾定律

首先，讓我們回憶一下摩爾定律，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是芯片上的晶體管數(shù)目每隔18-24個(gè)月就會(huì)增加一倍，性能也會(huì)翻一倍。那么，按照摩爾定律，我們的芯片每年都在進(jìn)步，那如果芯片突破了1nm后會(huì)發(fā)生什么？

雖然臺(tái)積電突破了5nm工藝，但它在2nm工藝研發(fā)中是會(huì)遇到瓶頸的，因?yàn)槭艿讲牧?、器件和量子物理的限制，硅基芯片逼近物理極限，就會(huì)出現(xiàn)量子隧穿導(dǎo)致的漏電效應(yīng)和短溝道效應(yīng)等問(wèn)題。

所以隨著摩爾定律逐漸失效，現(xiàn)在的科學(xué)家們都在尋找新材料來(lái)取代硅，而其中，石墨烯就是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

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石墨烯

石墨烯來(lái)源于石墨，它是由英國(guó)曼徹斯特大學(xué)46歲的安德烈·海姆和30歲的康斯坦丁·諾沃消洛夫共同發(fā)現(xiàn)的。

石墨烯堪稱(chēng)科學(xué)奇跡，它的厚度只有0.335納米，相當(dāng)于一根頭發(fā)的20萬(wàn)分之一，但它卻比鋼鐵還硬上200倍，并且，石墨烯的導(dǎo)電性比硅強(qiáng)100倍，導(dǎo)熱性比銅強(qiáng)10倍。所以，石墨烯獨(dú)特的材料屬性使它將擔(dān)大任。

如果用石墨烯做成碳基芯片的話(huà)，那它的性能將會(huì)是硅基芯片的10倍，但功耗卻能降到四分之一，也就是說(shuō)我們只要用28nm的光刻機(jī)，就能獲得全球最先進(jìn)EUV光刻機(jī)的效果。而造碳基芯片仍然面對(duì)重重困難。

因?yàn)槭┑某杀靖哌_(dá)5000元1克，目前也只有三星、IBM和英特爾這些科技巨頭才用得起。雖然我國(guó)2018年石墨烯產(chǎn)業(yè)，規(guī)模達(dá)到111億元，相關(guān)企業(yè)數(shù)量達(dá)到7300多家，但總體經(jīng)營(yíng)狀況都不樂(lè)觀(guān)。因?yàn)榱慨a(chǎn)石墨烯是非常難的。

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碳基芯片

我們知道，硅基芯片的極限在1nm左右，而臺(tái)積電現(xiàn)在已經(jīng)在攻克2nm工藝了，硅基芯片結(jié)束似乎是遲早的事情，但碳基芯片就不會(huì)，它可以做到1nm以下。

我國(guó)北大科研人員從2007年就開(kāi)始研究碳基芯片，功夫不負(fù)有心人，終于在2017年成功制備出5nm柵極碳納米管CMOS器件，其性能是相同柵長(zhǎng)硅基的十倍左右，這也是我國(guó)第一次掌握了世界最先進(jìn)的晶體管技術(shù)。今年5月，北大團(tuán)隊(duì)再次實(shí)現(xiàn)了碳基芯片的突破，找到了實(shí)現(xiàn)高純度碳納米管整齊排列的新工藝。如今我們8英寸石墨烯晶圓亮相，攻克了讓無(wú)數(shù)美國(guó)企業(yè)，望而卻步的石墨烯提純難題，這說(shuō)明，我國(guó)的碳基芯片發(fā)展到了一個(gè)新高度。

碳基芯片雖難，但這條路總算守得云開(kāi)見(jiàn)月明。接下來(lái)就是要和更多的芯片產(chǎn)業(yè)鏈合作，讓碳基芯片完成實(shí)用化實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，打破我國(guó)在硅基時(shí)代所面臨的困境。

原文標(biāo)題：碳基芯片是如何繞過(guò)光刻機(jī)，取代硅基芯片的？

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