碳基芯片的研發，一場芯片技術革命即將到來！

  其實從21世紀以來，以硅為基礎芯片的發展速度已經開始變得緩慢，很多國家的科學家都在研究和尋找可以替代硅的新材料，以目前的發展來看，碳納米管應該是最有前景的，但制造出符合碳納米管要求的材料并非容易的事，這是科學家們一直在努力解決的難題。長期以來，整個半導體產業遵循摩爾定律，不斷縮小晶體管尺寸以提升其性能。而業界認為，摩爾定律將在2020年左右達到終點，即硅材料晶體管的尺寸將無法再縮小，芯片的性能提升已經接近其物理極限。

   在此背景下，人們一直在尋找能夠替代當前硅芯片的材料，碳納米管就是主要的研究方向之一。美國斯坦福大學、IBM公司的研究人員都在致力于該領域的研究。國際半導體技術發展路線圖近年來多次引用彭練矛團隊的工作，來證明碳納米管是一個重要的出路。

   國外也在研究碳基芯片技術，但中國碳基技術起步比國外早，最近幾來年又取得很多突破性的進展，已經大大的提升了中國在世界半導體行業的話語權。目前就北京元芯碳基集成電路研究院中國科學院院士、北京大學教授彭練矛和張志勇教授帶領的團隊和美國麻省理工正在著手于碳基芯片的開發，北京大學的團隊經過多年研究與實踐，已經解決了長期困擾碳基半導體材料制備的瓶頸，如材料的純度、密度與面積問題。

 

碳基芯片有什么優勢？

 

   大家都知道芯片是由大量的晶體管組成的，像房子一樣，晶體管就好比一塊塊的磚頭，城訕建設需要大量的房子，而蓋房子又需要大量的磚頭。我們的信息產業發展剛需要大量的芯片，生產芯片則需要大量的晶體管。硅和碳在地球上都是普遍存在的，碳基半導體除了成本更低外，它的功耗更低，效率也更高，是一種更好的半導體材料，很可能是下一代晶體管集成電路的最理想材料哦。與一般硅基芯片不同，這個工藝是先以碳納米管為原料，做出晶體管。然后按圖紙把這些晶體管用化學鍵“粘合”起來。

   碳基芯片換了一種基礎材料，晶圓的生產工藝的確不一樣了，但生產芯片必備的光刻機應該還是需要的，ASML還是有著絕對的優勢，除非發明了更先進的生產工藝，比如用生物科技的方法來生產芯片，在一個特定的環境中，添加特定的“營著液”就可以生長也芯片來？

   碳納米管晶體管比同尺寸的硅基晶體管速度快5到10倍，功耗只有其十分之一。由于能耗低，未來手機電池續航能力會大大提高。同時，安裝了這種高效芯片后，未來手機的攝像頭性能也將大大增強。碳基芯片不僅能表現出更優異的性能，更令人振奮的是，它還可能做硅基芯片所做不到的事情。北大彭練矛的團隊已經在著手研究碳材料的醫用傳感器，用來檢測血壓、心跳和血糖等生化指標。由于碳材料與人體兼容性高，且有良好的柔韌性，這種傳感器可以完美貼合皮膚，讓人感覺不到它的存在。

   目前我國已經實現了4項技術突破，第一，提純原料。第二，將碳納米管有規則地平鋪在基板上。第三，使用碳納米管搭建pn結構。第四，將dna完成的組裝體規則地搭建在基板上。雖然北大科學家已經能夠以很高的密度按規則鋪設碳納米管，但想要做成電路，還需光刻/電子束刻蝕來鋪設各種電極（源電極，漏電極，門電極）。但是要想要實現工業生產更是前路漫漫，并非碳基芯片就可以解決國內企業的芯片危機！

 

夢想熠熠生輝，但前路并非一片坦蕩。

 

   即便這些技術全部成熟，想要工業化生產我們還得組建公司，建造廠房，制造設備，完善工藝流程，同時開發這個工藝的eda軟件等等等等，從實驗室到產品的過程還將是漫長的。想要跨越“死亡谷”、走上工程化的坦途，除了更多的技術難關需要科學家攻破，來自國家和企業的支持與合作也必不可少。

 

   當然，我們還是需要推動芯片產業鏈的發展，務必掌握關鍵核心技術?？傊?ldquo;中國芯”崛起還是"路漫漫其修遠兮,吾將上下而求索”！碳基技術或許真的會在不久的將來得以應用在國防科技、衛星導航、氣象監測、人工智能、醫療器械的這些與國家和人民息息相關重要領域！