芯片技术最强的国家

芯片技术最强的国家目前是美国。

从上世纪50年代开始，美国就开始发展半导体了，并且这个发展是持续的、不间断的。从贝尔实验室里肖克利半导体小组发明晶体管开始到基尔比的锗集成电路、诺伊斯的硅集成电路再到后来的超大规模集成电路以及指引集成电路发展的摩尔定律。这些关键性技术的突破与创新都源于美国。

1947年12月，美国贝尔实验室的肖克利、巴丁和布拉顿组成的研究小组，研制出第一个晶体管，而晶体管是微处理器的主要组件。

硅谷之所以被称为硅谷，也正因为聚集其内的公司主要研究和生产以硅为基础的半导体芯片。芯片、半导体从诞生到发展阶段，都是美国企业和美国人独立实现的。

芯片的原料晶圆。

晶圆的成分是硅，硅是由石英砂所精炼出来的，晶圆便是硅元素加以纯化（99.999%），接着是将这些纯硅制成硅晶棒，成为制造集成电路的石英半导体的材料，将其切片就是芯片制作具体所需要的晶圆。晶圆越薄，但对工艺就要求得越高。晶圆涂膜能抵抗氧化以及耐温能力，其材料为光阻的一种。

1939年 发现核裂变。

1942年 橡树岭被选为二战曼哈顿计划的场地。

1943年 世界上第一台连续运转造价1200万美元的石墨反应堆经过9个月的建造达到临界。

1944年 石墨反应堆生产出钚，为生产结束二战的原子d所需钚的Hanford反应堆做好准备。

1945年 在石墨反应堆上发现元素61（钷）；在反应堆上首次开展中子散射研究（实验者为Ernie Wollan和Cliff Shull；后者因在石墨反应堆上所做的开拓性工作荣获1994年诺贝尔物理奖）。

1946年 首次将反应堆生产的放射性同位素送到癌症医院；提出压水反应堆的设想(后用于核电和潜水推力)；设计出放射探测器和剂量仪。

1947年 老鼠用来研究辐射对哺乳动物的遗传影响；原子委员会成立。

1948年 设计用于研究反应堆的燃料成分；材料实验反应堆在ORNL设计，建在爱达荷州。

1949年 在ORNL开发出普雷克斯过程，后来在世界范围内成为从用过的反应堆燃料中回收铀和钚的方法。

1950年 橡树岭反应堆技术学校成立；低流强测试反应堆首次运行。

1951年 整体屏蔽反应堆开始运行；测量中子半寿命；安装5 MW静电加速。

1952年 建造ORNL第一台重离子回旋加速；根据对被辐照老鼠胚胎的研究，ORNL告戒不要对可能怀孕的妇女进行X光检查；均匀反应堆实验首次运行。

1953年 在ORNL安装当时世界上功率最大的橡树岭自动计算机和逻辑机；ORNL为军队设计在遥远场地使用的可移动反应堆。

1954年 塔式屏蔽设施为ORNL计算提供数据，帮助设计紧凑、重量轻的屏蔽，防止核飞机飞行人员遭受反应堆辐射。虽然核飞机从未建造，但ORNL参与国家的飞机核推进项目开发出大量的有用核技术。

首次成功地进行了实验。在实验中，通过两种不同反应物的分子束流对撞，研究了一种化学反应。

1955年 在联合国和平利用原子大会上ORNL小的“游泳池”式反应堆展示给艾森豪威尔总统；Alvin Weinberg被任命为ORNL所长，任职历时18年。

1956年 核糖核酸（RNA）被发现；展示首例骨髓移植。国家科学院委员会根据ORNL老鼠数据就辐射对人类遗传效应进行预测。

1957年 在ORNL领导的影响下，对可允许的医用辐射水平和工作地点的放射性核素作出决定；ORNL第一台聚变研究装置建成。

1958年 橡树岭研究性反应堆开始运行；美国首次寻找高水平核废料储存地的努力由ORNL开始。

1959年 发现老鼠的雄性取决于Y染色体的存在；对克林奇河（Clinch River）进行了研究，评估从一个主要的核设施释放的放射性同位素的潜在长期危害。

1960年 制作出用作个人辐射监视器的袖珍啸声器；测量化学制品对老鼠的遗传影响的实验计划启动。

1961年 开始开发放射性同位素加热源，为空间卫星提供动力；在ORNL反应堆上开发出嬗变搀杂法；后用于制造电子学部件。

1962年 开展辐射防护物理研究；研究反应堆竣工；借助计算机模拟发现离子沟道效应；军民研究计划启动；木实验台用放射性同位素铯-137作标记；分析表明核武器实验产生的放射性微粒具有危害性。

1963年 辐射屏蔽信息中心成立；橡树岭等时性回旋加速首次运行。

1964年 成为第一个雇用社会科学家（开始时进行军民研究）的国家实验室；在联合国大会上介绍ORNL核脱盐概念。

1965年 高通亮同位素反应堆(HFIR)和熔盐反应堆运行(MSR)。

1966年 石墨反应堆被命名为国家历史性里程碑；开发出评价核临界安全的KENO蒙特卡洛代码。

1967年 Walker Branch Watershed研究设施对生态系统研究开放；ORNL被选为领导国际生物计划下美国的生态系统研究；在ORNL高速离心机中分离出病毒；开发出评估辐射屏蔽保护能力的模拟代码。

1968年 使用铀233，第二个熔盐反应堆运行（这是第一台使用这种燃料的反应堆）；发明医疗诊断用的快速离心分析仪；用ORNL开发的区域离心机产生出超纯疫苗；设计出能更好抗中子诱导膨胀的不锈钢合金。

1969年 利用新的橡树岭电子直线加速首次进行了中子截面测量；ORNL成为与遥感结合在一起的地理信息系统的领导者；设计出Apollo 11月亮岩石收集器。

1970年 提出SCALE标准，帮助确保用过核燃料的安全储存和运输；ORNL第一台用于等离子体物理实验的托卡马克聚变研究装置运行。

1971年 水生态实验室成立；获得环境影响说明所需的鱼最喜欢水温的数据；在加速研究中确定了变形的铀234原子核的可能形状。

1972年 能量守恒研究计划启动；老鼠胚胎冷冻、解冻和移植到母性老鼠中，生出健康的幼鼠；在生物反应堆中，发现花园土壤的细菌去掉来自工业废水的硝酸盐和稀有金属；发现四极磁铁大共振；广泛研究出现这些原子核大振荡的模式。

1973年 对月球岩石的组成进行分析；制作出超声波鱼标记，用来测量和传送鱼最喜欢的水温。

1974年 Herman Postma被任命为ORNL所长，历时14年；开发出铬钼钢；在世界范围内，用于电力事业锅炉和炼油锅炉。

1975年 开发出生态系统的计算机模型，使ORNL成为系统生态学方面的领先者；开发出将核燃料密封在空间探测器用的结实铱合金。

1976年 试验性的ANFLOW生物反应堆安装在橡树岭市污水处理厂；改进从煤生产液态和气体燃料并确定它们生物效应的计划启动。

1978年 吉米.卡特总统访问ORNL；开发出为裂变能源研究设备添加燃料的芯块注入法，在世界范围内被广泛采用。

1979年 ORNL的中性注入器帮助普林斯顿等离子体物理实验室使聚变等离子体温度创造记录；ORNL帮助核控制委员会确定三里岛核电厂事故的起因和后果；发现乙亚硝基脲是诱发老鼠变异最有效的化学制品；在研究老鼠中，发现食品防腐剂中的亚硝酸盐与食品和药物胺发生反应，形成引起癌症的硝基胺。

1980年 Holifield重离子研究装置（HHIRF）作为核物理用户装置对外开放；国家小角度散射研究中心开放后，HHIRF成为用户设施；国家环境研究园（12400英亩）开放；发现新的离子注入技术能改进物质表面的性能；ORNL用氮离子注入钛合金后，制造出寿命更长的人造关节；建立计算机模型，预测电站对哈德逊河鱼的影响；ORNL研究人员启动遥控技术研究，成为世界上制造承担危险任务机器人的领先者。

1981年 开发出晶须韧化、抗断裂陶瓷，用于工厂的切削工具。

1982年 为提高冷冻机和加热泵的效率，制定了标准，拟订了设计；制定了绝缘标准，后被联邦政府部门采用；开发出改进的镍铝化物合金，用于钢材和汽车部件的商业化生产；在大线圈测试设备上由聚变能研究人员对超导磁铁成功地进行了测试；二氧化碳信息分析中心成立，该中心是世界上有名的全球变化数据存储中心。

1984年 利用菠菜和藻类中的光和作用，开始进行从水产生含有巨大能量氢的实验。

1985年 开发出用碘123示踪的脂肪酸，用于医疗扫描诊断心脏病；田纳西大学和ORNL建立科学联盟；开发出胶铸，2013年，商业上用于形成微涡论的陶瓷部件。

1986年 ORNL确定切诺尔贝力核电站事故何时发生和为什么释放出那么多的放射。

1987年 高温材料实验室作为用户装置对谋求制造能效高发动机的工业界研究人员开放；激光器用来制造高温超导材料；鉴于能源部对实验室反应堆安全管理的担忧，ORNL所有反应堆关闭。

1988年 为开展聚变能源研究，利用仿星器，启动先进环形装置；Alvin Trivelpiece被任命为ORNL所长，历时12年。

1989年 为核控制委员会重新颁发核电厂运行许可证，提供了“一般环境影响报告”第一草案。

1990年 ORNL的酸雨研究导致控制工业上的硫和氧化氮的排放；原子序数对比电子显微镜看到一列一列的原子；计算机代码帮助部队更好地在战场部署兵力和装备；确认中子内存在夸克。

1991年 在HHFIR上进行的中子活化分析否定了美国一位总统死于砷中毒的说法；写出软件，通过将到处分散的PC机连起来的办法解决问题。

1992年 乔治.布什总统参观ORNL；发明铼188同位素产生器，在世界范围内，治疗癌症和心脏病患者；发明薄膜微型锂电池；发现和克隆老鼠刺豚鼠基因；发现变异基因引起肥胖症、糖尿病和癌症；开发出图形输入语言（GRAIL），用于在计算机上识别DNA序列中的基因。

1993年 发明光学活组织切片检查技术，不动手术就能发现食道中的癌症肿瘤；UT-ORNL名列前500台超级计算机。

1994年 发明“芯片实验室”，商业上用于蛋白质分析和毒品发现实验；发明质谱测定技术，用于探测污染物、爆炸物和蛋白质；开发出ALLIANCE软件，使一组一组的机器人配合工作；为在新的并行超级计算机上运行未来气候模型准备了代码。

1995年 启动当时世界上最快的超级计算机Intel Paragon XP/S 150；发明了制造高温超导线的RABiTSTM方法；开发出超级计算机数据存储和检索超高速系统；ORNL的DNA蛋白质晶体搭载哥伦比亚号宇宙航天飞机在宇宙中生长；为海军开发出探测过往潜水艇的信号分析系统。

1996年 修改了大众冷冻机模型，将能耗降低一半；发现石墨泡沫导热异乎寻常的好；设计出心跳探测器，发现藏在车内的恐怖分子和罪犯；可查找的电子簿式的视窗帮助合作者通过国际网络运行实验。

1997年 开发出检验俄罗斯武器等级的铀转换为反应堆等级燃料的设备；初步设计质谱仪，帮助海军发现生化威胁；第一次被批准公布在遗传上设计的微生物制造出增强受损录象带信号的VITALE，帮助警察解决犯罪问题；世界上最大的集水区实验说明干旱和大雨对森林的影响；首次被批准公布经过遗传工程处理得到的微生物。

1998年 发明MicroCAT扫描仪；绘制出变异老鼠内部变化图；户外FACE实验表明胶皮糖香树在浓化CO2大气中长得更快；ORNL的技术帮助半导体公司发现引起计算机芯片中缺陷的问题。

1999年 副总统戈尔在散裂中子源SNS破土动工仪式上讲话；发明迅速探测人体疾病的多功能生物芯片；开展合金研究导致造纸厂的锅炉更新改进或新的锅炉，使其更加安全。

2000年 Bill Madia被任命为ORNL所长；两台新的超级计算机投入运行；ORNL在国际蛋白质结构预测竞争中，位于前100名的第四名；田纳西大学-ORNL开放国家运输研究中心；开发出节能加热泵水加热器；ORNL帮助将3个人类染色体排序；聚变能理论学家开始设计准 - 磁场极向仿星器。

2001年 为半导体公司设计出检查三维缺陷直接到数字的全息照相术；GRAIL用于《科学》和《自然》关于人类基因组排序方面具有里程碑性的论文；能源部部长Spencer Abraham访问ORNL，将DOE的土地转给ORNL用于新的建设；与工业伙伴开发出超导变压器和高温超导电缆。

2002年 UT-ORNL计算机科学联合研究所破土动工；3亿美元现代化计划开始动工兴建；能源部批准在ORNL建立纳米相材料科学中心；人类生活家园橱窗中展示的ORNL能源技术；锕-225从ORNL运到医院治疗白血病。

2003年8月1日起，Jeff Wadsworth担任ORNL所长。

2003年 私人资助的设施：在能源部立契约转让的土地上建造300000平方英尺的设施中，将有最先进的能源和计算科学实验室。

2007年7月1日起，凝聚态物理学家Thom Mason担任ORNL所长。

事实上，碳基半导体晶体管最先是由美国与荷兰科学家在1998年制造出来的，截止到2006年之前，我国在碳纳米管晶体管上并没有明显的建树。可以说，我国对碳纳米管晶体管的研究开始于2000年，7年之后才制备出了性能超越硅晶体管的N型碳纳米管晶体管。由此可知，国外的碳纳米管晶体管的研究要比我们早的多，但是到了今天我们与国外的差距远没有硅晶体管那么大，甚至有超越国外的趋势。

总体而言，国外对碳纳米管晶体管的研究，还是比我们要领先的。在2013年，MIT研究团队发表了由178个晶体管组成的只能执行简单指令的碳纳米管计算机。在2019年，MIT团队已能制造完整的由14000个碳纳米管晶体管组成的处理器了。而国内于2017年制造了基于2500个碳纳米管晶体管的处理器，整体性能相当于因特尔4004的水平。至于在2019年国内是否研发出了集成更多碳纳米管晶体管的处理器，目前尚未有报道。

由于碳纳米管较容易聚合在一起，所以MIT团队利用了一种剥落工艺防止碳纳米管聚合在一起，以防晶体管无法正常工作。要知道MIT团队制造的CPU主频只有1Mhz，早期的80386处理器的频率还有16Mhz，也不是说2019年碳纳米管制造的计算机性能，仅相当于1985年制造的硅晶体管处理器的性能，这差距就太大了。离实用化，还有较长的一段路要走。因为碳纳米管晶体管之间的沟道和碳纳米管晶体管的体积过大，导致碳纳米管晶体管可以容纳的电流较小，容纳得电荷较少。MIT制造的由14000个碳纳米管晶体管组成的处理器中的沟道宽度为1.5微米，与现在纳米级相距较远。也只有缩小碳纳米管晶体管的体积和减小沟道的距离，才可以提升整体性能。

但是国内于2017年，就研制出了栅长为5纳米的碳纳米管晶体管，近日又研发出了栅长3纳米的碳纳米管晶体管。可以说，国内在碳纳米管晶体管的小型化上走的比较远。在2007年左右，国内以碳纳米管晶体管制造的处理器主频就高达5Ghz，要比国外2019年制造等我处理器主频高的多。从国外的相关产品来看，其碳纳米管栅长究竟达到了何种地步，也说不准。只不过，由此可知，在碳纳米管的研发上，国内技术最起码不会差国外技术太多，很有可能是同步发展的。

【碳基半导体芯片真的能够助力我国芯片突破西方禁锢？从此不依赖ASML吗？】

我们应该看到了近期的新闻，2020年5月26日，北京元芯碳基集成电路研究院宣布，解决了长期困扰碳基半导体材料制备的瓶颈！ 该消息一出，瞬间引起了我们的关注，于是我们扎堆的认为， 碳基半导体芯片一定能够助力我国芯片的突破，打破西方禁锢？从此不依赖ASML。

了解现状——西方国家垄断的是硅基材料，而这些硅基材料在我国，我们的优势非常的低；一些关键性的材料还是倍国家技术给垄断的。而此时，我们想要打破束缚，就必须要寻找新的思路，于是出现了我们期待的：碳基半导体能否替代未来的硅基材料呢？

其实，有专家表示，北由于碳分子结构稳定，很难像硅材料一样通过掺杂其他物质改变性能。因此，碳纳米管要实现产业化，尚有很长一段路要走。不过，如今，北京元芯碳基集成电路研究院的突破确实给了我们很大的希望。

碳基半导体具有成本更低、功耗更小、效率更高。如果能够打破硅基半导体材料的束缚，走出一条全新的碳基半导体路，我们的芯片发展可能更有意义。

其实，以碳纤维(织物)或碳化硅等陶瓷纤维(织物)为增强体，实际上，我们熟知的石墨烯，生物碳以及碳纳米管等等都属于碳基材料。因此，想要碳基材料真正的运用与我们的实际，确实还是有一段路走，可是我们也已经进了一步了。

在芯片处理中， 碳基技术芯片 速度提升，功耗降低，未来更能够运用于多种领域，比如国防，气象，以及我们现在急需要解决的手机芯片，计算机芯片问题。这里我们得知道，相比国外技术， 我国对于碳基技术研究时间早，目前的技术是基于二十年前彭练矛院士提出的无掺杂碳基CMOS技术发展而来。

因此，我们不担心倍国外的技术给限制，因为我们的技术具有前瞻性，确实我们的芯片技术目前还是受限制，特别是ASML的光刻机，因为缺乏技术，在工艺制程方面受到制约。

因此，我们猜测的是，碳基材料未来很有可能打破ASML光刻机的束缚，打破欧美国家芯片的束缚，打造属于我们的芯片技术。

谢谢您的问题。碳基芯片在全球范围内还在朝量产迈进。

碳基芯片目前处于实验室阶段。 IBM和英特尔已经碳基在理论进行了多年的 探索 ，英特尔无果而放弃。IBM与英特尔退而求其次，用的是“掺杂”工艺制备碳纳米管晶体管。在国内，彭练矛和张志勇教授团队在半导体碳碳基半导体材料制备方面取得了研究重大进展，已经领先于全球，但也只是朝产业化进一步迈进。

实验室的成果离现实还很远 。全球碳基芯片真正要实现落地、商品化，除了雄厚的资金，必须要有现有的芯片兼容，直接借用现有半导体产业流程工艺，就可以大大加快碳基芯片产业化进程。

碳基技术需要企业参与 。北京碳基集成电路研究院以前在碳基技术上走在了前列，未来10年发展至少需要20亿元研发投入，这需要企业产研对接，需要企业认识其中的价值。阿里巴巴、腾讯都计划投入数千亿元用于新基建，参与到云服务和芯片全线布局，希望这样的 科技 龙头企业参与“碳基”集成电路，有助于缩短国内碳基技术的商用时间，站在全球视角， 科技 企业及早介入非常重要。

欢迎关注，批评指正。

首先，国外的研究并没有啥进展，因为没有企业投钱，高通的芯片利润这么高，谁会把大把的钱投到一个还不知道成不成功的项目上？

处于 探索 期，技术还远不成熟，距成熟产品路还很远。

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