碳基芯片是如何绕过光刻机，取代硅基芯片的？ - EDA365电子论坛网

最近国产8英寸石墨烯晶圆实现了小批量生产，似乎给国产芯片快道超车打了一剂兴奋剂。因为理论上来说，只要在石墨烯晶圆上继续进切片、刻蚀、离子注入等操作，就能绕过光刻机，做出碳基芯片。也就是说，我们国产芯片，终于不用再被别人卡脖子了。但事实能按照我们设想的进行吗？今天我们将从石墨烯的优点和缺点来分析一下碳基芯片到底能否取代硅基芯片？

首先，让我们回忆一下摩尔定律，简单来说，就是芯片上的晶体管数目每隔18-24个月就会增加一倍，性能也会翻一倍。那么，按照摩尔定律，我们的芯片每年都在进步，那如果芯片突破了1nm后会发生什么？

虽然台积电突破了5nm工艺，但它在2nm工艺研发中是会遇到瓶颈的，因为受到材料、器件和量子物理的限制，硅基芯片逼近物理极限，就会出现量子隧穿导致的漏电效应和短沟道效应等问题。

所以随着摩尔定律逐渐失效，现在的科学家们都在寻找新材料来取代硅，而其中，石墨烯就是一个不错的选择。

石墨烯来源于石墨，它是由英国曼彻斯特大学46岁的安德烈·海姆和30岁的康斯坦丁·诺沃消洛夫共同发现的。

石墨烯堪称科学奇迹，它的厚度只有0.335纳米，相当于一根头发的20万分之一，但它却比钢铁还硬上200倍，并且，石墨烯的导电性比硅强100倍，导热性比铜强10倍。所以，石墨烯独特的材料属性使它将担大任。

如果用石墨烯做成碳基芯片的话，那它的性能将会是硅基芯片的10倍，但功耗却能降到四分之一，也就是说我们只要用28nm的光刻机，就能获得全球最先进EUV光刻机的效果。而造碳基芯片仍然面对重重困难。

因为石墨烯的成本高达5000元1克，目前也只有三星、IBM和英特尔这些科技巨头才用得起。虽然我国2018年石墨烯产业，规模达到111亿元，相关企业数量达到7300多家，但总体经营状况都不乐观。因为量产石墨烯是非常难的。

我们知道，硅基芯片的极限在1nm左右，而台积电现在已经在攻克2nm工艺了，硅基芯片结束似乎是迟早的事情，但碳基芯片就不会，它可以做到1nm以下。

我国北大科研人员从2007年就开始研究碳基芯片，功夫不负有心人，终于在2017年成功制备出5nm栅极碳纳米管CMOS器件，其性能是相同栅长硅基的十倍左右，这也是我国第一次掌握了世界最先进的晶体管技术。今年5月，北大团队再次实现了碳基芯片的突破，找到了实现高纯度碳纳米管整齐排列的新工艺。如今我们8英寸石墨烯晶圆亮相，攻克了让无数美国企业，望而却步的石墨烯提纯难题，这说明，我国的碳基芯片发展到了一个新高度。

碳基芯片虽难，但这条路总算守得云开见月明。接下来就是要和更多的芯片产业链合作，让碳基芯片完成实用化实现商业化，打破我国在硅基时代所面临的困境。