碳基芯片能让国产芯“弯道超车”？光刻机和台积电或将不再是掣肘

1947年，贝尔实验室演示了世界上第一个基于锗半导体的晶体管，标志着信息时代的开启。1954年，硅晶体管问世，随后成为集成电路技术的主流。60多年后，当摩尔定律逼近物理极限，硅芯片制程工艺的天花板触手可及，集成电路产业将走向何方？这是全球从业者亟待思考和做出决策的问题，同时也是大国科技竞赛的重要砝码，谁率先找到另辟蹊径的新方向，便意味着获得「弯道超车」赛道的门票。

传统芯片玩家试图通过软件和算法寻求出路，一些研究者则在材料源头进行创新。在「替代硅」新材料的冗长候选名单中，碳纳米管凭借与硅同属族元素，具备多种相似性质基础，并且较前者具备更好的工艺兼容性，成为发展下一代晶体管集成电路的最理想材料。

当然，在这个最具希望的集成电路前沿赛道上，中美两国同样在进行着意味深长的竞赛与角逐。中国基于硅基CMOS技术的传统芯片产业一直处于被西方「卡脖子」的相对落后的境地。那么在硅以外的新材料集成电路领域，中国的胜算几何？

近日，北京大学碳基电子学研究中心、纳米器件物理与化学教育部重点实验室张志勇教授-彭练矛教授课题组突破了半导体碳纳米管关键的材料瓶颈，使其制备出的器件和电路在真实电子学表现上首次超过了硅基产品。

北京大学电子系教授、中国科学院院士彭练矛表示，这是碳基集成电路兑现其理论潜力的第一步。虽然碳基纳米材料在2009年就作为未来技术选项列入国际半导体技术发展路线图（ITRS），美国IBM公司仿真结果认为平面结构碳管阵列晶体管领先硅基5个技术节点，但至此，半导体碳纳米管集成电路才算拿出了比肩传统技术的真实表现，远远领先其他非硅半导体材料，包括所谓的第三代半导体。

指尖的超算：MIT脑启发芯片登上Nature子刊

机器之心报道 参与：泽南、小舟、杜伟 想要运行人工神经网络，我们还是需要神经形态芯片。 来自麻省理工学院（MIT）的工程师 Hanwool Yeon、Jeehwan Kim 等人设计了一种「片上大脑」，它比指甲盖还小，内含数十万人工突触（忆阻器），其「记忆力」要比我们所

这一成果，解决了长期困扰碳基半导体材料制备的瓶颈，如材料的纯度、密度与面积问题，成为碳基半导体进入规模工业化奠定基础，也为我国芯片制造产业实现“弯道超车”提供巨大潜力。

研究人员透露，用碳管制成的芯片，有望使用在手机和5G微基站中。更广泛地，碳基技术可应用于国防科技、卫星导航、气象监测、人工智能、医疗器械等多重领域。

当前，在加工技术没有太高成熟度时，碳基芯片，可以作为硅基芯片的补充，增强硅基芯片的功能或者性能，或者用于某些特殊场合。例如，碳基集成电路可以实现柔性、透明等新形态芯片，在显示、医疗和健康监控、抗辐射等特殊环境、以及近红外成像等领域具有应用前景。但如果能真正成熟，碳基芯片将有望把集成电路技术推进到3纳米节点以下，而且性能超越硅基芯片10倍以上。

北大物理电子学研究所教授张志勇透露，这次在碳管材料上取得的进展，至少可以在国际上保持两年优势。该团队的下一个目标，是在2-3年内完成90纳米碳基CMOS先导工艺开发，性能上相当于28纳米硅基器件。虽然不是高端技术节点，但却是可以进入市场的门槛。

未来，若碳基技术真的带中国的芯片发展到一定高度的话，我国的技术有了真正的发展，那ASML和台积电或许会更愿意同我们进行合作，更大的推动国产芯的发展进程，大家觉得呢？总之“中国芯”崛起还是"路漫漫其修远兮，吾将上下而求索”！务必掌握关键核心技术，一切才会真正崛起。