最近國產(chǎn)8英寸石墨烯晶圓實現(xiàn)了小批量生產(chǎn)，似乎給國產(chǎn)芯片快道超車打了一劑興奮劑。因為理論上來說，只要在石墨烯晶圓上繼續(xù)進切片、刻蝕、離子注入等操作，就能繞過光刻機，做出碳基芯片。也就是說，我們國產(chǎn)芯片，終于不用再被別人卡脖子了。但事實能按照我們設(shè)想的進行嗎？今天我們將從石墨烯的優(yōu)點和缺點來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，簡單來說，就是芯片上的晶體管數(shù)目每隔18-24個月就會增加一倍，性能也會翻一倍。那么，按照摩爾定律，我們的芯片每年都在進步，那如果芯片突破了1nm后會發(fā)生什么？

雖然臺積電突破了5nm工藝，但它在2nm工藝研發(fā)中是會遇到瓶頸的，因為受到材料、器件和量子物理的限制，硅基芯片逼近物理極限，就會出現(xiàn)量子隧穿導致的漏電效應(yīng)和短溝道效應(yīng)等問題。

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

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石墨烯

石墨烯來源于石墨，它是由英國曼徹斯特大學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。

石墨烯堪稱科學奇跡，它的厚度只有0.335納米，相當于一根頭發(fā)的20萬分之一，但它卻比鋼鐵還硬上200倍，并且，石墨烯的導電性比硅強100倍，導熱性比銅強10倍。所以，石墨烯獨特的材料屬性使它將擔大任。

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

因為石墨烯的成本高達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2018年石墨烯產(chǎn)業(yè)，規(guī)模達到111億元，相關(guān)企業(yè)數(shù)量達到7300多家，但總體經(jīng)營狀況都不樂觀。因為量產(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，它可以做到1nm以下。

我國北大科研人員從2007年就開始研究碳基芯片，功夫不負有心人，終于在2017年成功制備出5nm柵極碳納米管CMOS器件，其性能是相同柵長硅基的十倍左右，這也是我國第一次掌握了世界最先進的晶體管技術(shù)。今年5月，北大團隊再次實現(xiàn)了碳基芯片的突破，找到了實現(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，攻克了讓無數(shù)美國企業(yè)，望而卻步的石墨烯提純難題，這說明，我國的碳基芯片發(fā)展到了一個新高度。

碳基芯片雖難，但這條路總算守得云開見月明。接下來就是要和更多的芯片產(chǎn)業(yè)鏈合作，讓碳基芯片完成實用化實現(xiàn)商業(yè)化，打破我國在硅基時代所面臨的困境。

原文標題：碳基芯片是如何繞過光刻機，取代硅基芯片的？

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