碳基芯片擺脫對海外依賴 應(yīng)對硅基時代問題
2021-07-30 14:29:21 來源:知乎-電巢 點(diǎn)擊:2277
近期國內(nèi)8英寸石墨烯材料圓晶實(shí)現(xiàn)了小批量生產(chǎn),好像給國內(nèi)芯片快道高速超車打了一劑興奮藥。理論上而言,只需在石墨烯材料圓晶上繼續(xù)進(jìn)切成片、刻蝕、離子注入等操作,就能繞開光刻機(jī),作出碳基芯片。換句話說,大家國內(nèi)芯片,總算無需再被受制于人“卡脖子”了。但客觀事實(shí)能依照大家設(shè)想的進(jìn)行嗎?下邊就來分析一下石墨烯能否取代硅基芯片。
1、摩爾定律
最先,先說說摩爾定律,簡易而言,便是芯片上的晶體管數(shù)量每過18-24個月便會增加一倍,特性也會翻一倍。那么,依照摩爾定律,大家的芯片每一年都是在發(fā)展,那假如芯片突破了1nm后會出現(xiàn)什么?
盡管tsmc突破了芯片5nm加工工藝,但它在芯片2nm加工工藝產(chǎn)品研發(fā)中是遇到了瓶頸的,由于遭受原材料、元器件和量子物理的限制,硅基芯片逼近物理學(xué)極限,便會發(fā)生量子隧穿造成的漏電效應(yīng)和短溝道效應(yīng)等問題。
因此 伴隨著摩爾定律慢慢無效,如今的專家都是在找尋新型材料來替代硅制造芯片,而在其中,石墨烯材料便是一個不錯的選項。
2、石墨烯材料
石墨烯材料來自高純石墨,它是由英國曼徹斯特大學(xué)46歲的安德烈·布拉肯和30歲的康斯坦丁·諾沃消洛夫一同發(fā)現(xiàn)的。
石墨烯材料稱得上科學(xué)研究驚喜,它的薄厚僅有0.335納米,等同于一根頭發(fā)的20萬分之一,但它卻比鋼材還硬上200倍,而且,石墨烯材料的導(dǎo)電率比硅強(qiáng)100倍,傳熱性比銅強(qiáng)10倍。因此 ,石墨烯材料與眾不同的原材料特性使它將擔(dān)重任。
假如用石墨烯材料制成碳基芯片得話,那么它的特性可能是硅基芯片的10倍,但功能損耗卻能降至四分之一,換句話說大家只需用28nm的光刻機(jī),就能得到全世界最優(yōu)秀EUV光刻機(jī)的實(shí)際效果。而造碳基芯片依然問題重重。
由于石墨烯材料的成本增加達(dá)5000元1克,現(xiàn)階段也僅有三星、IBM和intel這種互聯(lián)網(wǎng)巨頭才用到起。盡管在我國2018年石墨烯材料產(chǎn)業(yè)鏈,經(jīng)營規(guī)模做到111億人民幣,有關(guān)公司總數(shù)達(dá)到7300多家,但整體經(jīng)營狀況也不開朗。由于批量生產(chǎn)石墨烯材料是十分難的。
3、碳基芯片
我們知道,硅基芯片的極限在1nm上下,而tsmc如今早已在攻破硅基芯片2nm加工工藝了,硅基芯片結(jié)束好像是早晚的事兒,但碳基芯片就不容易,碳基芯片能夠做到1nm以下。
在我國漸科學(xué)北京大學(xué)科技人員從2007年就逐研究碳基芯片,功夫不負(fù)有心人,總算在2017年取得成功制取出芯片5nm柵壓碳納米管CMOS元器件,其特性是同樣?xùn)砰L硅基的十倍左右,這也是在我國第一次把握了世界上最優(yōu)秀的晶體管技術(shù)性。2021年5月,北京大學(xué)精英團(tuán)隊再度完成了碳基芯片的突破,找到了實(shí)現(xiàn)高純度納米碳管齊整排序的新技術(shù)新工藝。現(xiàn)如今大家8英寸石墨烯材料晶圓現(xiàn)身,攻破了讓成千上萬美國企業(yè),望而生畏的石墨烯材料純化難點(diǎn),這表明,在我國的碳基芯片發(fā)展趨勢到一個新高度。
碳基芯片雖難,但這條道路終于守得云開見月明。接下來便是要和大量的芯片全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)作,讓碳基芯片進(jìn)行產(chǎn)品化實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的,擺脫在我國在硅基芯片時代所遭遇的窘境。
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