碳基芯片进入竞争时代

5月26日，北京碳基集成电路研究所传来好消息。中国科学院院士彭连茂、张志勇院士基于碳纳米管晶体芯片的研发团队经过近20年的艰苦努力，终于在新型的博狗碳基纳米管领域获得了巨大的研究成果。

与基于硅的半导体芯片相比，基于碳的芯片具有更低的制造成本，更低的功耗和更高的效率。彭连茂教授说，相同长度的博狗碳基芯片的功耗至少是硅基半导体的少三倍，其运行速度提高了三倍。相关成果发表在世界顶级学术期刊《科学》（Science）上。

麻省理工学院的研究人员在2020年6月1日发表于《自然电子》上的一项研究中，科学家们展示了在200毫米晶圆上大量制造碳纳米管晶体管（CNFET）的方法。

研究人员与商业硅制造厂Analog Devices和半导体制造厂SkyWater Technology合作，分析了用于制造CNFET的沉积技术之后，进行了一些更改，以使制造工艺比传统方法快1100倍以上，同时降低生产成本。该技术将碳纳米管沉积在晶圆上并排放置，通过14400 x 14,400阵列CFNET分布在多个晶圆上。

与在约450至500 摄氏度的温度下制造的硅基晶体管不同，CNFET还可在接近室温的温度下制造。这意味着我们实际上可以在先前制造的电路层之上直接构建电路层，以创建3D芯片。

麻省理工学院的研究人员已经在进行的下一步工作是在工业环境中利用CNFET构建不同类型的集成电路，并 探索 3D碳基芯片可以提供的一些新功能。

（网图侵删）

---------每天知了一些 科技

我们先看看碳基的物质都有什么特点：

1，复杂多样

由于碳原子有四个自由电子，其电子失去的能力（还原性）和得到电子的能力（氧化性）相当，所以能够形成复杂多样的高分子有机物（比如DNA分子），为生命的形成提供物质基础，并为自然选择提供可能。

而外层电子如果太多，比如氧原子，很有可能氧化性太强，或者惰性太强（如惰性元素）；而外层电子太少，或者太活跃的话，比如金属，又主要呈现还原性，也无法形成复杂的分子。但是另外一个有4个外层电子的非金属元素，硅，能不能称为生命的基石呢？继续往下看。

2，化学反应的速度

生命的任何特征，如新陈代谢，繁殖和对环境刺激的反应都需要依靠化学反应来完成。拿对环境刺激的反应为例，从猎豹的飞速追逐猎物，到变色龙刷刷的改变体表颜色，从眼睛遇到强光时的瞳孔收缩，到植物的向光性，都是生物趋利避害的本能。而这些反应实际上都是由生物体内化学反应来支撑。这些化学反应的速度很大程度上决定了生物反应的速度，而碳基分子的活性则保证了这些化学反应能够及时地进行，以应对地球上环境可能出现的改变。

3，关于硅基生命

上文提到了硅元素，能否作为生命的基石。其实很早就有科幻作家设想过硅基生物。迪金森和斯凯勒尔(Dickinson and Schaller)想象的硅基生物是这样的：

”这是一只徜徉在硅基植物丛中的硅基动物，这种生物体的结构件可能是被类似玻璃纤维的丝线串在一起，中间连接以张肌件以形成灵活、精巧甚至薄而且透明的结构."

"看上去这些结晶体似的生物非常漂亮，如果它们可以在常温下生存的话，大概许多地球人都愿意在家里养几只作为装饰，养这种宠物的一个明显好处是不会传播细菌和寄生虫，因为作为碳基生命的细菌和寄生虫对这种完全不同的生命是无能为力的。"

但硅基生命的存在的可能性却受到许多缺陷的威胁 。一个很大的缺陷就是硅同氧的结合力非常强。当碳在地球生物的呼吸过程中被氧化时，会形成二氧化碳气体，这很容易排出体外；但是，硅的氧化会形成固体，就是玻璃或者沙子，处置这样的固体物质会给硅基生命的呼吸过程带来很大挑战。你不会想要你的宠物每呼吸一下就朝你含沙射影吧。

除非是在个星球上的温度高到能够使二氧化硅液态甚至是气态的时候才有可能像地球生物一样呼吸。 但同时温度又不能过高，因为硅-氧键可以承受大约600K的温度，而硅-铝键能承受将近900K的温度，所以耐高温的性能要好，而且同样是由于相对稳定，在高温下活性更好。对于硅基生命来说，200度甚至到400度才能让它们感到舒适，而在我们觉得舒适的室温下它们很可能会被冻死，这就是我在前面提到饲养硅基宠物的时候，特意提到“如果它们可以在常温下生存”这句的缘故。

最后，即便是存在硅基生物的话，由于硅化合物的化学反应速度比碳化合物慢很多，因此硅基生物的动作也要比地球上的生物慢很多，其寿命也会不知道比人类长出多少倍。因此假设存在硅基生物甚至是硅人，他的时间观念一定和我们不一样，或许硅人一个转身就需要几个月甚至几年，因此我们观测到他们的时候，在我们眼里他们是静态的，而在他们眼里人类的寿命却只有“d指一挥间”。因此如果你是个硅人的话（有点像骂人），当你点开这篇文章到读到这里的时候，人类可能都已经灭绝了。

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