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碳基芯片|北大碳基芯片VS 荷兰EUV光刻机，孰能最终笑傲江湖？

碳纳米晶体管
进入21世纪以来 ， 由于传统硅基芯片受摩尔定律的限制 ， 发展速度日益缓慢 ， 人们一直试图寻找能够替代硅的芯片材料 ， 而碳纳米晶体管就是最具研究价值的方向 。
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有同学会问了 ， 碳纳米晶体管是什么？它有什么用呢？
不急 ， 我们继续往下看 。
集成电路的整体技术从设计到制造 ， 是目前为止人类历史上最精密的设计、制造加工技术 。
如果把芯片比作一栋房子 ， 晶体管就是建房的砖头 ， 一栋栋的房子就构成了我们的信息社会 。 说白了 ， 晶体管越多 ， 芯片的运算速度也就越快 。
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【碳基芯片|北大碳基芯片VS 荷兰EUV光刻机，孰能最终笑傲江湖？】提到制造晶体管这块“砖头”的材料 ， 很多人都会给出“硅”这个答案 。
现在我们听到的所谓22nm、14nm、10nm、7nm这些芯片 ， 里面这个多少纳米不是指的就是芯片里面以硅材料为基础的晶体管的大小 ， 而是指芯片上晶体管的栅极宽度 。 要特别注意这一点 。
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但是由于摩尔定律的限制 ， 目前硅材料芯片的极限制程差不多是在2nm到1.5nm 。
为什么硅晶体管不能做更小 ， 简单来说 ， 就是因为硅的一些特性限制 。
如果晶体管太小 ， 出故障的概率就会急剧升高 ， 把芯片里面上百亿个晶体管协调起来一起工作就非常困难 。
那怎么解决这个问题呢？
有个重要的流派 ， 就是换个材料 ， 咱们不要再用硅做晶体管了 ， 用碳元素 。
为什么要用碳元素呢？
其实啊 ， 这跟碳元素本身很多优质的特性有关 。
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比如 ， 用碳纳米管做的晶体管 ， 它的电子迁移率可以是硅的1000倍 ， 通俗来说就是碳材料里面电子的群众基础更好 。
再比如 ， 碳纳米管里面的电子自由程特别长 ， 通俗的理解就是电子的活动更自由 ， 不容易摩擦发热 。
由于这些底层的优点 ， 用碳来做晶体管 ， 甚至不用像硅晶体管那么小 ， 就可以取得同等水平的性能 。
中国碳纳米管成就
这里给大家介绍下 ，
2020年 ， 北京大学张志勇教授和彭练矛教授课题组发展全新的提纯和自组装方法 ， 并使用该方法制备出高密度、高纯半导体阵列的碳纳米管材料 。
在此基础上还首次实现性能超越同等栅长硅基 CMOS 技术的晶体管和电路 。
具体来说就是在4英寸的基底上 ， 制备出密度为120微米、纯度高达六个九 ， 也就是99.9999%的碳纳米管阵列 。
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彭练矛教授研究团队的这一系列成果 ， 就是中国为终结芯片硅时代提供了一种新的可能性方案 。
得知这一消息 ， 华为已经迅速与该团队进行了交流 ， 有意在未来达成合作对接 。 华为强大的经济实力将为该团队提供强有力的支援 ， 这势必加快研究的进展 ， 为华为未来的发展助一臂之力 。
碳纳米管优势
碳纳米管相对于硅材料具有成本更低、功耗更小、效率更高的优势 。
最为关键的是 ， 应用碳基芯片之中 ， 原先的芯片制造程序也将大为不同 。
那是否意味着我们不需要荷兰的EUV光刻机？
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北大科学家虽然已经能够以很高的密度按规则铺设碳纳米管 ， 但想要做成电路 ， 还是需要光刻机以及电子束刻蚀来铺设各种电极 。
目前关于碳基芯片 ， 更多的还是理论环节 。
但从目前已掌握的技术来看 ， 一旦成熟 ， 碳基芯片将有望把集成电路技术推进到3纳米节点以下 ， 性能将超越硅基芯片10倍以上 。
总结
总的来说 ， 碳基芯片对于咱们来说 ， 这是一个好消息 。
孙悟空翻个跟头十万八千里 ， 多次从各路妖精手中解救唐僧 ， 但唐僧随便念念经 ， 就能把孙悟空搞得痛不欲生 。
缺乏核心技术 ， 正是中国半导体行业头上的一道紧箍咒 。
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所以芯片国产化变得越来越重要 。
为什么美国能制裁中兴和华为？通俗点说就是因为拿人家的手短 。
这就好比：
过去地主安心收租 ， 农民好好种庄稼；如今农民靠积蓄也买了块地自己种起庄稼 ， 影响了地主家的生意 ， 地主家前些年日子太好过 ， 现在又没了余粮 ， 怎会不想方设法收拾农民呢？
所以想要真正做到芯片国产化 ， 不仅要提高芯片研发能力跟芯片生产能力 ， 还需要提高我国的光刻机研发制造能力 。 这些科技都需要花费长时间 ， 投入巨额的资金才能够实现 。
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要想赶超 ， 还得靠创新 ， 尽管创新会有失败 。
目前硅基极限就2nm左右了 ， 而碳基可以做到1nm以下 ， 硅基转碳基是迟早的事情 。
硅基每向前进1纳米都是海量的金钱投入 ， 就比如现在硅基已经是考95分的三好学生 ， 每前进一分都要花费海量的时间投入一样 。
而碳基就不同了 ， 它相当于是一个10分的差生 ， 它的前进空间极大 ， 每前进一分花的时间和优等生比较少 。
碳芯片技术的突破 ， 将为整个中国的芯片领域发展带来新的希望 ， 为中国芯片突破西方封锁、开启自主创新时代开辟一条崭新的道路 。
希望中国在碳基芯片研发上的良好开局 ， 能够在产业化中得以保持 ， 而不是再次经历硅基芯片的教训 。


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