我国碳基芯片取得重大突破，为国产芯片创造全新可能

最近关于半导体行业最令人关注的事便是美国对于华为芯片的限制了，美国的该限令，让我们再一次意识到了国产芯片独立自主的重要性。过去多年虽然我国投入了很多精力进行芯片研发，但是因为在一些核心技术上始终没有得到突破，所以我国芯片研发仍然面临重重困难。

虽然目前我国在一些中低端芯片上已经完全可以实现国产化，但是对于高端芯片特别是7纳米以上的高端芯片，仍然完全依赖进口，即便类似华为这种企业有能力设计出7纳米甚至5纳米的芯片，但是想要把这种设计转化为实实在在看得见的芯片，还要委托给台积电进行生产。

现在华为被美国限制之后，未来七纳米芯片面临很多不确定因素，一旦台积电120天缓冲期过去之后，将意味着从9月下旬开始，他们将不能继续代工华为的芯片，这对于华为来说影响是非常大的，如果M国对华为的限制没有放松，未来几年华为都有可能受到很大的影响。

不过天无绝人之路，虽然我国在硅基芯片上跟国际顶尖水平有很大的差距，在高端芯片上甚至处处受制于人，但是由我国自主研发的碳基芯片，最近已经取得了新的突破，未来即便没有EUV光刻机，我国也有可能生产出一些高性能的芯片。

2020年5月26日，由中国科学院院士彭练毛和张志勇教授组成的碳基纳米管芯片研发团队在新型碳基半导体领域取得了重大的研究成果。

2020年5月22日《用于高性能电子学的高密度半导体碳纳米管平行阵列》这篇论文在科学上发表。电子学系2015级博士研究生刘力俊和北京元芯碳基集成电路研究院工程师韩杰为并列第一作者，张志勇和彭练矛为共同通讯作者。

该课题组采用多次聚合物分散和提纯技术得到超高纯度碳管溶液，并结合维度限制自排列法，在4英寸基底上制备出密度为120 /μm、半导体纯度高达99.9999%、直径分布在1.45±0.23 nm的碳管阵列，从而达到超大规模碳管集成电路的需求。

这意味着经过过20年的研发时间，我国不仅突破了碳基半导体制造设备的瓶颈，而且实现了碳基纳米管晶体管芯片制造技术的全球领先地位。

与传统的硅基芯片相比，碳基芯片功耗和成本更低，性能更强，据彭练矛毛教授称，同等栅长的碳基芯片比硅基半导体功耗至少降低三倍以上，运行速度也提高了三倍，用碳管制成的芯片有望使用在手机和武器为基站中。

那这种碳基芯片到底有多强大呢?

2017年1月，彭练矛率团队研制出高性能5nm(纳米)栅长碳纳米管CMOS器件，这是世界上迄今最小的高性能晶体管，综合性能比目前最好的硅基晶体管领先十倍，接近了理论极限。其工作速度3倍于英特尔最先进的14nm商用硅材料晶体管，能耗却只有硅材料晶体管的1/4，相关成果发表于《科学》。

这意味着如果未来碳基芯片管能够产业化，将可以让我国摆脱对西方硅基芯片的依赖，按照碳基机芯片性能是硅基芯片的3倍来计算，要生产出5纳米的芯片，只需要具备14纳米光刻机就可以，用不到7纳米光刻机，这样就不用看荷兰ASML的脸色了。

而目前由上海微电子自主研发的28纳米光刻机，预计将在2021年投产，按照这个研发速度，未来上海微电子还有可能研发出14纳米的光刻机，如果将14纳米光刻机和碳基芯片结合在一起，我国将可以大幅缩小跟西方硅基芯片的差距，甚至达到领先的目的，从而摆脱西方一些国家对我国的技术封锁。

当然，目前摆在我国面前的还有很长的路要走，虽然北京大学在碳基纳米管上取得了技术上的突破，但是碳纳米管集成电路批量化制备的前提是实现超高半导体纯度、顺排、高密度，大面积均匀的碳纳米管阵列薄膜，这对于制造工艺会要求更高。

碳纳米管CMOS技术正快速走向成熟，虽然近几年还不能应用到工业领域，但是未来必将走向应用，并且提供全新的可能性。