最近國產8英寸石墨烯晶圓實現了小批量生產，似乎給國產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，我們國產芯片，終于不用再被別人卡脖子了。但事實能按照我們設想的進行嗎？今天我們將從石墨烯的優點和缺點來分析一下碳基芯片到底能否取代硅基芯片？

1

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后會發生什么？

雖然臺積電突破了5nm工藝，但它在2nm工藝研發中是會遇到瓶頸的，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，就會出現量子隧穿導致的漏電效應和短溝道效應等問題。

所以隨著摩爾定律逐漸失效，現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。

2

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·諾沃消洛夫共同發現的。

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年石墨烯產業，規模達到111億元，相關企業數量達到7300多家，但總體經營狀況都不樂觀。因為量產石墨烯是非常難的。

3

碳基芯片

我們知道，硅基芯片的極限在1nm左右，而臺積電現在已經在攻克2nm工藝了，硅基芯片結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。今年5月，北大團隊再次實現了碳基芯片的突破，找到了實現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，攻克了讓無數美國企業，望而卻步的石墨烯提純難題，這說明，我國的碳基芯片發展到了一個新高度。

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業鏈合作，讓碳基芯片完成實用化實現商業化，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？

文章出處：【微信公眾號：EDA365】歡迎添加關注！文章轉載請注明出處。

責任編輯：haq