碳基才是芯片上的皇冠,或许可以绕过光刻机
美国掐住光刻机不卖,中国想要自己造出来可能会面临两个困境:第一:要多长时间才能造出媲美ASML的EUV光刻机;第二、是否会陷入当年攻克汽车发动机技术的迷魂阵,几十年都突破不了。从电动汽车成功的案例来看,另辟蹊径实现弯道超车,恐怕是中国芯片产业最有价值之路。绕开硅芯片的途径并不多量子计算机取代传统经典计算机未来可期,碳基芯片取代硅芯片最现实!
芯片制造
所谓碳基芯片,就是将传统芯片的硅材料换成石墨烯。石墨烯,是在2004年才被英国两位科学家发现的。他们成功地用撕胶带的方式,发现了地球上导电性能最好的单层石墨石墨烯。这一发现震惊了世界,这两位科学家也因这一发现而在2010年获得了诺贝尔奖。石墨烯是一种二维材料,每一层都是由无数六边形碳原子结构组成一个平面,每层石墨烯的厚度只有0。355纳米。石墨烯非常薄,1毫米的石墨可以分离出150万层石墨烯。石墨烯的机械强度非常高,相当于钢的200倍,因此在分离的时候结构不容易破坏。石墨烯不但导电性好,而且导热性也是世界上最好(散热非常好),因此用这种材料做芯片具有无可比拟的优势。
石墨烯
石墨一个单层就是石墨烯。因为石墨烯机械强度大,拉伸效果非常优异,因此可以将石墨烯卷起来,将N个碳基管整齐的摆列放在一个相当于芯片大小的盒子里,就成为了碳基芯片。现在碳基芯片当然还处于理论阶段,因为:第一、提取石墨烯的技术还不成熟;第二、将碳基管整齐划一地摆列在一个空间需要很高的技术;第三、要在有限的空间放置足够多的碳基管也需要很高的技术;第四、难度最高的是,要使碳基管达到很高的纯度才能形成高效的半导体材料。2020年5月26日,由北京大学电子学系彭练矛院士和张志勇教授团队,在国际顶级科学期刊《科学》(Science)上发表的研究论文,把碳基半导体技术从实验室研究向工业化应用推进了一大步,该项技术如应用在手机芯片上,至少提速五倍、节电三倍。但目前这种方法还不能工业化,他们使用的离子液体栅极才能使石墨烯的性能超过硅芯片,但目前离子液体栅极是不能规模生产的。中国培育电动汽车产业都用了10多年,碳基芯片的最终突破或许还需要时间,但我们已经看到了前面的亮光。