芯片|被寄予厚望的碳基芯片，能否绕开光刻机，实现国产芯片弯道超车
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日前 ， 全球第一大专业晶圆代工厂台积电传来好消息 ， 该公司的2nm研发实现重大突破 ， 预计2023年底即可进行风险性试产 。 放眼全球晶圆代工领域 ， 只有台积电掌握着最高精度的工艺 ， 这一技术优势令台积电稳居龙头之位 。 但现阶段半导体工艺一路微缩 ， 芯片精度即将面临物理极限 。
摩尔定律无法延续时 ， 代工厂的工艺研发也将面临最大的瓶颈 ， 面对可能即将发生的情形 ， 业界提出了更换晶圆原材料的方案 。 近段时间被全网讨论的碳基芯片被寄予厚望 ， 所谓碳基芯片 ， 就是以碳基材料制作的碳纳米晶体管芯片 ， 得益于碳材料更优越的电子特性 ， 这类芯片被业内视为目前硅基芯片的最佳替代品之一 。
也正因如此 ， 碳基芯片才被中美等国家列为重点研发对象 ， 2020年5月 ， 我国北京大学教授研究团队在碳基芯片的研发方面实现重大突破 。 据多方媒体报道得知 ， 北京大学彭练矛、张志勇教授带领的团队开发出了一种碳纳米管的新提纯工艺 ， 在4英寸的基片上制作出排列整齐的碳纳米管阵列 ， 每微米范围内可以排列100-200个碳纳米管 。
那么在此基础上 ， 碳基芯片能否绕开光刻机 ， 让国产芯片实现弯道超车呢？从理论上来讲 ， 碳基芯片的制造可以绕过EUV光刻机 ， 即便无法绕过普通光刻机 ， 对工艺精度的要求也并不高 ， 国产光刻机的精度可以满足碳基芯片的要求 。 因此 ， 理想化的状态下 ， 国产芯片完全可以利用碳基材料弯道超车 。
不过 ， 现实情况远比想象中复杂 ， 虽然碳基材料性能强、功耗低等优点 ， 但碳纳米管自身还存在这一个难以解决的特性 ， 那就是这种材料内部充满杂质 。 这需要研发团队尽可能测试出一种高精度的提纯方法 ， 从而为产业链提供高纯度碳基材料 ， 而这一难题 ， 已经被中国的科研团队解决 。
早在2007年北大团队就展开了对碳基芯片的研究 ， 历经十年艰辛后 ， 终于在2017年研发出了一套高性能碳纳米管CMOS电路的无掺杂植被方法 ， 并且成功制备出了5纳米栅极碳纳米管COMS器件 。
在经过测试后发现 ， 用这种方法制作出的碳纳米管CMOS电路的工作速度比主流商用硅晶体管更快 ， 而且能耗仅为硅材料晶体管的四分之一 。
由此可见 ， 碳基芯片将成为中国打破美国半导体技术封锁的关键之一 ， 对于这类芯片 ， 你还有其他了解吗？
【芯片|被寄予厚望的碳基芯片，能否绕开光刻机，实现国产芯片弯道超车】文/谛林 审核/子扬 校对/知秋
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