芯片一直是國內(nèi)科技業(yè)界關(guān)心我的熱門話題之一，尤其是華為最近在芯片禁令上受到的困擾，讓人們更深刻的意識到，芯片技術(shù)自主可控的重要性。

近日，關(guān)于 “碳基芯片” 的消息在業(yè)內(nèi)流傳，據(jù)悉，碳基集成電路技術(shù)被認為是最有可能取代硅基集成電路的未來信息技術(shù)之一。有消息報道稱，北京大學(xué)電子系教授彭練矛帶領(lǐng)團隊采用了全新的組裝和提純方法，制造出高純半導(dǎo)體陣列的碳納米管材料，制造出芯片的核心元器件 —— 晶體管，其工作速度 3 倍于英特爾最先進的 14 納米商用硅材料晶體管，能耗只有其四分之一。該成果于今年初刊登于美國《科學(xué)》雜志。

（圖片源自 OFweek 維科網(wǎng)）

什么是 “碳基芯片”

很多人聽說過 “硅基芯片”，但對 “碳基芯片” 的概念還是比較陌生。在了解 “碳基芯片” 之前，我們首先要弄清楚為什么會出現(xiàn)這種理論技術(shù)。

20 世紀(jì)五、六十年代，集成電路發(fā)展開始提速，這是通過氧化、光刻、擴散、外延、蒸鋁等半導(dǎo)體制造工藝，把構(gòu)成具有一定功能的電路所需的晶體管、電阻、電容等元件及它們之間的連接導(dǎo)線全部集成在一小塊硅片上，然后焊接封裝在一個管殼內(nèi)。以單晶硅為主的半導(dǎo)體集成電路，已經(jīng)變得無處不在，成為整個信息技術(shù)的強大支柱。

進入 21 世紀(jì)以來，人們?yōu)榱颂岣咝酒�性能，一直按�?“集成電路上可容納的晶體管數(shù)量大約每隔 18 個月便會翻一番，性能也將提升一倍” 的規(guī)律提高單個芯片上晶體管的數(shù)量。但芯片尺寸越小，相關(guān)工藝難度也越高，尤其是在進入納米級別后，來自材料、技術(shù)、 器件和系統(tǒng)方面的物理限制，讓傳統(tǒng)硅基芯片的發(fā)展速度開始減慢。

因此，人們開始尋找新的方向、新的材料來替代硅基芯片，而采用碳納米晶體管就成為了兩種比較可行的方案之一。為什么選擇碳元素，這與其本身很多優(yōu)質(zhì)的特性有關(guān)。

資料顯示，用碳納米管做的晶體管，電子遷移率可達到硅晶體管的 1000 倍，也就是說碳材料里面電子的群眾基礎(chǔ)更好；其次，碳納米管中的電子自由程特別長，即電子的活動更自由，不容易摩擦發(fā)熱。

理論上來說，碳晶體管的極限運行速度是硅晶體管的 5－10 倍，而功耗方面，卻只是后者的十分之一。也就說，在更加寬松的工藝條件下，碳晶體管就能取得與硅晶體管同等水平的性能，這也是所謂 “碳基芯片” 出現(xiàn)的原因。

取代硅基芯片？沒有那么簡單

隨著這些年碳納米管及納米材料研究的深入，相關(guān)工藝日趨成熟，實驗室中也成功地制造出碳晶體管，但是想要把這些單獨的碳晶體管大規(guī)模的組合連接在一起形成一塊完整的芯片，還是一件很困難的事情。

目前科學(xué)家們已經(jīng)通過化學(xué)方法，把單個的碳納米管放置在硅晶片上想要放的特殊溝道里，但相比于芯片中能放置上千萬個硅晶體管的數(shù)量，科學(xué)家們最多只能同時放置幾百個碳納米管，遠遠無法投入商業(yè)化。其次，要想把碳晶體管排布在晶圓片上，需要更加精準(zhǔn)的刻蝕技術(shù)。

有不少人認為，碳納米管技術(shù)會在接下里的十年里準(zhǔn)備就緒，成為取代硅材料之后的芯片材料，屆時 “碳基芯片” 也將會成為未來的主流芯片。但硅基芯片好歹發(fā)展了這么多年，有那么容易被取代嗎？

有曾在 Fab 晶圓廠待過的工程師朋友告訴筆者，所謂的碳晶體管沒法量產(chǎn)，最大的原因在于，碳元素太活潑了而且介電常數(shù)又低。此外，技術(shù)障礙只是一方面，成本及成品率的問題同樣難以克服。

早在去年 9 月，美國 MIT 團隊就開發(fā)出了第一個碳納米管芯片 RV16XNano，并執(zhí)行了一段程序輸出：“hallo world！”

據(jù)悉，這個碳納米管芯片內(nèi)部擁有 14000 個晶體管，具備 16 位尋址能力，采用 RISC－V 指令集，但其相比當(dāng)前的芯片來看，性能并不突出。其芯片頻率僅 1MHz，大約是 30 年前的水平。再看看現(xiàn)在硅基芯片大佬們堅持的路線，從 10nm 到 7nm，再到 5nm／3nm，他們始終堅信硅基芯片還有繼續(xù)突破的空間。

不論是碳基集成電路還是硅基集成電路，一般人了解這個根本沒什么用處，即使其了解了一些碳基集成電路和硅基集成電路的知識，想跟周圍的朋友們吹牛，也沒人對這類知識也不感興趣，并且掌握這類知識對于普通人來說，升職加薪毫無用處。

若對集成電路感興趣，建議還是學(xué)一下各種集成電路的應(yīng)用，以及如何更好的用集成電路來設(shè)計電子產(chǎn)品。

碳基芯片可以補充硅芯片不足，開拓一定市場，替代還早，更莫談打破摩爾定律，硅片己經(jīng)打破摩爾定律，好日子到頭。

一個方向，我們的芯片發(fā)展的希望，換道超車。但最終結(jié)果路還很較長，只是貯備，目前還吃不上力。

我感覺很難，到底還是神話了石墨烯，石墨烯真是個好東西，疊加旋轉(zhuǎn)后就可以成為超導(dǎo)體，現(xiàn)在又說可以運用石墨烯來組成集成電路，總感覺是在神話石墨烯，這個就是碳基集成電路提出來的方案，說利用石墨烯來做集成電路和芯片，石墨烯的基本組成元素就是碳。

所謂的院士專家而已，不要信以為真。等真正量產(chǎn)的那一天再說取代吧，硅基芯片的地位穩(wěn)穩(wěn)的，就不要說取代一詞了。也許未來又出現(xiàn)了新材料，畢竟還有很多未知的元素還沒被開發(fā)出來，最有可能還是太牽強了。只能說提出了這個方向，并朝著這個方向努力，為了將來能突破打斷外國芯片壟斷行業(yè)的情況吧。

成功了在說

技術(shù)上已經(jīng)突破了。

量產(chǎn)只是時間問題。

碳時代取代硅時代是趨勢。

很有可能