目前，大到航空航天、金融保險、衛生醫療等領域，小到智能手機、家用電器等數碼家電所使用芯片絕大部分采用硅基材料的集成電路技術。

 

　　雖然半導體的種類很多，研發領域也很廣，但是目前市場上主流半導體都屬于硅基半導體，并且制程越小，技術越先進。就現在的市場而言硅基半導體最先進的代表是臺積電，其制程工藝已經達到2nm、5nm等級別。我國由于技術一直得不到突破，而且缺少光刻機的輔助，所以在芯片的研發生產上一直都得不到太大的進步。芯片嚴重依賴外國進口。據統計，中國每年進口芯片的花費高達3000億美元，甚至超過了進口石油的花費。

 

　　重大突破

 

　　隨著中國科技近年來不斷發展，中國一直在科學技術上不懈努力，必須要打破國外的技術壟斷。這次一直在半導體行業中比較落后的中國，居然彎道超車了。

　　北京大學電子系教授張志勇

 

　　5月26日，北京元芯碳基集成電路研究院發布信息，由中科院院士、北京大學教授彭練矛和張志勇教授帶領的團隊經過多年的科研探索，在碳基半導體制備材料研究領域取得突破性進展，該科研成果近日發表在國際權威學術期刊《科學》上。

 

　　碳基材料的柔軟性較好，適用于制作柔性器械，尤其是醫療領域。而在一些高輻射高溫度的極端環境，采用碳基技術制造出的機器人將更好地代替人類執行危險系數更高的任務，至于個人應用上，碳基能夠極大的延長智能手機的待機時間。

 

　　若手機植入了碳基技術芯片，看視頻時完全不用擔心電量流失過快，至少能支持看9小時的電影。要知道目前續航能力再強的手機，絕對無法支持播放這樣長時間的視頻。

 

　　“采用硅以外的材料做集成電路，包括鍺、砷化鉀、石墨烯和碳，一直是國外半導體前沿的技術。而碳基半導體則具有成本更低、功耗更小、效率更高的優勢，更適合在不同領域的應用而成為更好的半導體材料選項。我們的碳基半導體研究是代表世界領先水平的。”彭練矛院士說。

　　彭練矛和張志勇教授帶領科研團隊在四英寸基底上制備出密度高達每微米120根、半導體純度超過99.9999%的碳納米管平行陣列，并在此基礎上首次實現了性能超越同等柵長硅基CMOS的晶體管和電路，成功突破了長期以來阻礙碳納米管電子學發展的瓶頸。

　　高密度高純半導體碳納米管陣列的制備和表征

 

　　據悉，北京碳基集成電路研究院，是碳管技術的主要研究單位，該單位由北京市科委和北京大學共建。目前，研究院正在和華為等國內廠商對接，未來不排除華為等國內廠商，在芯片中使用碳管的可能。

 

　　至少節約30%的功耗

 

　　雖然目前市面上常見的半導體材料都是硅基半導體，但是如果論整體優勢的話，碳基半導體更加有研發價值，而且研發的空間也更加大，業內人士也更加看好碳基半導體的發展。因為受到物理條件所限制，硅基芯片技術2nm幾乎是達到了極限了，不管怎么樣，硅基管的體積始終是一個制約著硅基芯片的問題。而北大教授團隊這次能夠擺脫過去的老舊思維，采用了碳基芯片技術，將原先二維硅基技術變成三維碳基芯片技術，成功打破了物理極限。

 

　　相比傳統硅基技術，碳基半導體具有成本更低、功耗更小、效率更高的優勢，因此也被視作是性能更好的半導體材料。與國外硅基技術制造出來的芯片相比，我國碳基技術制造出來的芯片在處理大數據時不僅速度會更快，而且至少能節約30%左右的功耗。

 

　　碳基芯片的應用能力也比硅基芯片更加廣。碳基芯片比硅基芯片處理數據的速度更加快，而且功耗也沒有硅基芯片大，碳基芯片未來的發展前景比硅基芯片更加大。在硅基半導體的研發逐漸進入瓶頸期之后，未來全球半導體的發展方向最可能是碳基半導體技術。

 

　　而我國現在搶先在碳基半導體技術領域實現了技術突破，能夠大大提高我國將來在世界半導體行業中的地位跟話語權，讓“中國芯”更有希望！