碳基半导体芯片外国进展如何？

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。

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

有人曾说过，二十世纪是硅的时代，因为硅是一种优秀的半导体材料，可以用来生产对 科技 发展有重要意义的芯片。如今二十世纪早已过去了，但硅基芯片却仍然是主流，全球各大 科技 公司或国家都想要掌握顶尖的硅基材料和相应的芯片技术。

不过，虽然硅材料在大自然中很常见，但是想要制备硅基芯片却不是一件简单的事，需要各种工艺技术和核心设备的支持。目前，全球能生产芯片的厂商只有那么几家，而达到高端水平的就更少了，台积电和三星是最具代表性的例子。

我们国内对硅基芯片的研究也是从上个世纪开始的，然而直到现在都没能取得领先的地位，因为在硅基芯片的生产过程中，存在很多重点问题。其中光刻机就是一项难以攻克的关键技术，一直困扰着国内的半导体公司。

硅基芯片和光刻机之间是相互依存的关系，没有光刻机就无法制造出任何芯片，而一旦没有芯片，光刻机也会失去存在的意义。所以对于芯片厂商而言，光刻机是必不可少的设备，尤其是高端的光刻机，更是可遇而不可求！

台积电和三星之所以能成为全球最大的两个芯片代工厂，就是因为拥有多台ASML的EUV光刻机，这也是现阶段全球最先进的光刻机。ASML是世界知名的半导体设备制造商，光刻机的生产和销售正是其主要业务，在这方面ASML占据了垄断的地位。

毫无疑问，国内大陆的芯片企业肯定也想要得到ASML的支持，但可惜的是，由于美国的影响和某种协议，ASML并不能自由地向国内出口高端光刻机。正因于此，国内的硅基芯片事业才始终处于相对一般的水平，突破速度也比较慢。

不过，随着 科技 水平的提升，硅基芯片的工艺制程也快要到达极限了，等到那个时候，新的半导体材料就会登场。而我们国内已经在朝着这个方向前进了，并且取得了巨大的进展，或许有望摆脱硅基芯片和光刻机的限制。

根据媒体报道称，近日中科院正式官宣好消息，在国际石墨烯创新大会上，中科院带来了最新的研究成果：8英寸石墨烯晶圆！此外，中科院还对该晶圆进行了全方位的展示，无论是性能还是尺寸，都远远领先于之前的同类产品。

晶圆是生产芯片的前提，中科院石墨烯晶圆的登场就意味着国内的碳基芯片迎来了重大突破，硅基芯片不再是唯一。因为石墨烯就是最典型的碳基半导体材料，稳定性和性能较硅基材料有过之而无不及！

更重要的是，由于不同材料之间的区别，碳基芯片的制备难度并不是很高，而且不需要依赖光刻机。对此，很多国人都在想：难道中科院不等光刻机了？准备直接进军碳基芯片领域，实现弯道超车？

这确实是一个全新的方向和思路，既然国产光刻机无法满足高端芯片的生产要求，那么何不在攻克光刻机技术的同时，走出另外一条路呢？而且8英寸石墨烯晶圆的诞生代表着中科院有能力研究碳基芯片，只要坚持下去，将来一定会收获好的结果！

在这种情况下，不得不让人感慨，虽然国产芯片承受了来自于外界的压力，但是有压力才会有动力，中科院正是凭借这股动力完成了技术突破！与此同时，也有些人表示，比尔盖茨说对了，他具备常人难以理解的眼光和洞察力。

因为在美国制定芯片规则之后，比尔盖茨表明了反对的态度，他认为此举不会给美国的企业带来任何好处，反而会促进中国芯片的崛起。现在看来，比尔盖茨的话即将成真，碳基芯片的问世必将改变现有芯片市场的格局，而我们国内会成为最终的胜者！

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