国产造芯探索新出路,自研石墨烯晶圆或将弥补硅晶圆工艺极限

国产造芯探索新出路,自研石墨烯晶圆或将弥补硅晶圆工艺极限,第1张

不吃鱼挺 科技 :

对华为的禁令不是偶然,因为美国想要的正是芯片的垄断性优势,从而长久掌握 科技 主导的地位!从芯片设计到制造生产都拥有绝对的核心技术。而华为的出现彻底打破了高通对市场的独占,这是他们所不允许的“公平竞争”…

【…这样做的后果却只会让中国自给自足。】

微软创始人比尔盖茨对于制裁华为的禁令在的采访中这样表示。

造芯重中之重之一,半导体基础材料硅晶圆,是硅晶柱通过钻石刀片切割而出的晶圆片,尺寸越大生产难度越高。国内虽然需求量巨大,长期以来大多仰赖进口,而大尺寸技术由日本企业垄断。目前国产技术掌握的是小尺寸的量产,大尺寸的8寸和12寸的自产率仍很低。

新进展:上海新升12英寸硅晶圆技术并通过中芯国际的验证,虽然产能较低,但这是国产硅晶圆厂商的崛起!

而更艰难的是光刻工艺,正是华为栽跟头的“卡脖勒颈”之处!最新的NA EUV光刻技术为进军3nm工艺制程而准备,而中芯国际迟迟无法引进EUV光刻机,虽然突破达N+1工艺功耗可以接近7nm,但性能还无法到达,7nm也无法量产,更别说5nm的掘进…台积电和中芯都同样受到美国技术制约,高端光刻机也只有阿斯麦的全球唯一…所以开放7nm之时应该也是3nm商用之时,华为麒麟估计将被迫拉后成隔代产品…

“卡脖子”正是迫使努力的“鼓舞”!

国产造芯在紧追国际脚步的同时,更迈向 探索 新方向的突破!——石墨烯技术可以说是全球同时起步。硅晶圆片在日渐精细的工艺制程下,终要到达它的物理极限,据了解其极致点或是1nm,即使能生产也要考虑到良品率问题!而石墨烯的碳基晶圆被誉为是下一个芯片材料的替换品——国产8英寸石墨烯晶圆实现了小批量生产!

石墨烯被誉为在无数的纳米材料中最薄达0.335纳米!有多薄?一根头发丝的20万分之一,难以置信,这么细都让人类发现了,那既然发现了就得拿来用!

石墨烯造芯片,怎么造?能否达到硅晶圆的级别,因为麒麟9000上可是塞了153亿颗晶体管!

据悉:使用石墨烯碳基晶圆制造芯片性能将会是硅基芯片的10倍以上,更重要的是功耗更低——提高性能同时减少发热量正是手机的极致追求…

而工艺制程上 的推测是28nm的碳基芯片就可以达到7nm的硅基芯片的水平,足足拉近了两代技术,而国产成熟制程可以达到14nm…也就是可以不使用极紫外光光刻机也能达到5nm的级别,论制造消耗也将降低很大的成本支出!

石墨烯材料如此神奇,据悉:在导电性上更是比硅强100倍,导热也比铜高10倍等等优势…都足以表明这是非常有潜力的半导体材料,但为何至今不推广使用?因为:贵!——据悉其价格高达5000元/克!

但价格绝对不是阻挡前进的脚步,关键在于技术,目前的水平在石墨烯提纯上依旧有很多杂质,所以还无法像硅晶柱一般量产,但国产8寸石墨烯晶圆的成功试产,也代表着一次成功的突破,完全足够作为国产技术的先进招牌!

并且据统计关于石墨烯领域的研究,国产研发已拥有37521件专利,占全球67%位居世界第一!

新领域的 探索 ,从被动到主动。掌握一项核心技术就获得一片领域的话语权,拥有技术的优势就能让所谓的禁令无效化,只有加强自研能力才能不再被牵着鼻子走——既然无法获得别人发挥到极致的技术,那就 探索 新技术自己去极致的发挥!

石墨烯在中国的研究与发展:

中国在石墨烯研究上具有独特的优势,从生产角度看,作为石墨烯生产原料的石墨,在我国储能丰富,价格低廉。正是看到了石墨烯的应用前景,许多国家纷纷建立石墨烯相关技术研发中心,尝试使用石墨烯商业化,进而在工业、技术和电子相关领域获得潜在的应用专利。

如欧盟委员会将石墨烯作为“未来新兴旗舰技术项目”,设立专项研发计划,拨出10亿欧元经费。英国政府也投资建立国家石墨烯研究所,力图使这种材料在未来几十年里可以从实验室进入生产线和市场。

石墨烯有望在诸多应用领域中成为新一代器件,为了探寻石墨烯更广阔的应用领域,还需继续寻求更为优异的石墨烯制备工艺,使其得到更好的应用。

石墨烯用途是:

石墨烯可以用来制作晶体管,由于石墨烯结构的高度稳定性,这种晶体管在接近单个原子的尺度上依然能稳定地工作。

相比之下,如今以硅为材料的晶体管在10纳米左右的尺度上就会失去稳定性;石墨烯中电子对外场的反应速度超快这一特点,又使得由它制成的晶体管可以达到极高的工作频率。

华为新专利引各国热议

据报道,华为宣布成功拿下了石墨烯晶体管专利,该专利还涉及了半导体领域,而这些技术的出现标志着中国在芯片研究领域进入了一个新的阶段。

石墨烯晶体管在石墨烯芯片研发上更是起着至关重要的作用,它能够提高电子的传输速度,同时有效增加芯片元件和器件的输出电阻,从而最大限度地提高射频性能。并且石墨烯芯片其独特的结构可以让雕刻呈现立体样式,这也极大地增加了芯片性能,现在华为宣布这项技术专利申请成功,无疑是国产芯片一个崭新的开始。

石墨烯芯片意义重大

石墨烯芯片的出现很可能将会彻底推动我国在半导体芯片研发中更进一步,而这种技术被我国掌握,也将会成为我国与美国 科技 对决中的一个“重大武器”。要知道目前市面上最常见的传统芯片遵循着一个定律——摩尔定律,早在半导体芯片研发之后,研发芯片的工程师曾经出过预言,日后每隔18-24个月,集成电路上可容纳的元器件的数目增加一倍,性能也将提升一倍。

这一预言对于传统芯片来说好比是一个诅咒,这意味着当集成电路上可容纳的元件数目达到一定数值时,传统芯片便很难有发展的前景。而随后石墨烯晶体的发现给人们提供了一个新的思路,但将想法变为现实的过程十分艰难,美国截至目前为止依旧没有攻破这一技术。

半导体芯片将迎来改革

现如今中国除了已经掌握石墨烯技术外,2020年5月北大团队制造出了纯度高达99.99%的碳纳米管阵列,其运转速度相较国外更快、耗能更低,相比较之下整整减少了三成耗能。据悉,碳纳米管阵列因为其优秀的性能,可以在更多的领域应用,不仅在人工智能、卫星定位等方面可以起到重要作用,同时在医疗设备、国防 科技 方面也有很大的用处。

有专家预测这种载流子迁移率和稳定性更高的碳纳米管阵列很可能将会取代传统的硅晶片,而石墨烯材料的出现更是为中国芯片铺垫了基础,届时中国势必会成为该领域的领头羊。

虽然我国在芯片技术制造工业中与美国还有不可逾越的鸿沟,但是我国芯片研发技术一直名列前茅,此次华为成功掌握石墨烯晶体管制造技术,也进一步证明我国完全有实力反超美国,现在所需要的只是时间。相信随着越来越多技术的突破,中国在芯片制造业也会取得进展,届时我国将会建立属于自己的芯片产业链,美国也无法再利用同样的手段限制中国。


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