什麼是碳基晶片？“碳基晶片”會取代矽基晶片嗎？

作者：由匿名使用者發表于攝影
2021-08-07

頭頭社會 2020-08-26

在晶片的發展過程中，人們開始探尋新的材料想要代替矽基晶片，而其中碳元素由於本身具有許多優質特性，於是便採用碳奈米管來做電晶體，由此做成的碳基晶片。

國內晶片發展是科技行業的熱點

晶片一直是科技行業最為關心的熱門話題之一，尤其是最近的晶片禁令，導致華為的部分發展受到了困擾，所以人們就更加深刻的意識到了晶片的自主研發技術非常重要，最近行業內便開始流傳起了關於碳基晶片的資訊，碳基積體電路技術，被認為是最有可能代替矽基積體電路的未來資訊科技。

目前已經有訊息報道稱北大電子系教授所帶領的團隊已經採用了全新的組裝和提成方法，製造出了晶片的核心元器件，電晶體工作速度將對比起英特爾14奈米商用矽材料電晶體還要快三倍，而能耗只有它的1/4。

什麼是碳基晶片

對於碳基晶片這個概念，有些不太瞭解的人也許會比較陌生，碳基晶片是在20世紀五六十年代被提出來的，當時積體電路發展已經開始提速，所以具有一定功能的電路所需要的電晶體電阻和電容等等，這些就成了當時的核心技術，而要將它們透過連線導線整合在一小塊矽片上，然後在焊接封裝在管殼內，這個技術是整個研發的強大支柱。

後來為了能夠提高晶片的效能，所以人們便按照每18個月就將積體電路上可容納的電晶體數量翻一番效能也提升一倍的規律來提升單個晶片的電晶體數量，但是這樣一來相關的工藝難度也就隨之提高了，特別是進入了納米級別之後，關於材料技術和系統方面的技術物理限制，導致矽基晶片的發展開始出現停滯，這時人們也就開始尋找新的材料來代替矽基晶片，其中碳元素由於它本身的特性非常優越，所以被納為最佳選擇。

矽基晶片短時間內無法被取代

用碳奈米管來做傳導，電晶體電子遷移率可達到矽電晶體的1000倍，電子的群眾基礎更好，而且碳奈米館裡的墊子自由城非常長，電子活動更自由，就不容易摩擦發熱，這樣一來看電晶體的極限運動速度會是矽電晶體的5~10倍，功耗方面只有矽電晶體的1/10，這樣一來工藝條件就會變得更寬鬆一些。

雖然這個概念已經被提了出來，但是想要真正的取代矽基晶片，還是沒有那麼簡單的，因為目前碳經濟管沒有辦法量長，碳元素太過活潑，而且介電常數比較低，所以我們目前的技術存在著一定的技術障礙，除了技術障礙之外，成本以及成本率的問題，目前同樣難以克服。

星力之遊 2020-08-17

碳基晶片一般來說就是以碳基材料製作的碳奈米電晶體晶片。相比於傳統的矽材料晶片，碳材料的電子特性似乎更加優越，而且隨著矽材料晶片的極限製程即將面臨瓶頸，在材料、技術和設計等方面都會出現物理限制，製造微小晶片的工藝難度也會增大，想要更加深入發展和研發晶片，尋找新的材料似乎已經是必需的，這時候特性優越的碳基材料會是一種非常不錯的選擇。關於碳基晶片的訊息也一直廣為流傳，也被很多人認為以後很可能會取代矽晶片，就讓我們拭目以待吧。

儘管最近這些年我國的科技發展水平已經得到很大提高，特別是在半導體行業中取得了不少進步和突破，不過距離歐美髮達國家仍然有不小差距，特別是在半導體領域，一些關鍵的核心領先技術依然掌握在歐美國家手中，這對於我們來說，發展半導體技術任重而道遠。美國之所以能夠對華為的不斷打壓限制，就是因為他們站在技術高點，這對於我們的科技發展造成了很大的阻礙，想要完成突破和封鎖就只能迎難而上。

如今我國的半導體制造行業正面臨著被“卡脖子”的狀況，我國在半導體材料、設計到生產的這一全產業鏈中缺乏核心技術以及較好的研發能力，很長時間以來都只能購買歐美的晶片。雖然這些年來我們已經很努力地去追趕，但是國內的半導體設計和製造工藝還未能達到先進水平，只能去買別人的東西，而且連最先進的光刻機我們想買都買不到。這樣受制於人的情況，長期下去對我們是很不利的，別人一旦封鎖和限制，我們就會舉步維艱，就會阻礙我國實現現代化程序，提升自研晶片的技術水平勢在必行。

如今隨著我國科學家在碳基晶片領域的不斷摸索，已經是取得了一定的進展和突破，而且據說碳基晶片的效能會比矽基晶片效能要更加突出，這對於陷入困難局面的我國晶片行業來說是個好訊息，如果能夠在碳基領域得到發展和領先，或許可以對歐美半導體技術實現彎道超車，擺脫對於別人的技術依賴。不過想要用碳基晶片取代矽基晶片也還沒有那麼容易，雖然現在能夠在實驗室中製造出碳電晶體，但是想要拼接組合形成晶片量產還需要做大量的研製，將碳電晶體排布在晶圓片同樣需要高精尖的技術才行，很多技術障礙仍然需要去攻克，因此想要完成商業化量產，還需要更多耐心和努力。不過相信我們的科學家，一定可以在未來完成更多的突破。