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走进石墨烯小世界之石墨烯芯片

当前组成现代电子信息技术集成电路芯片的器件单元,几乎全部由硅基晶体管构成,但其本身存在固有的短板-速度和散热。理论上,芯片的速度越快,发热量就越大,能量消耗也就越多,要解决这些问题,只能通过不断改进传统芯片的加工工艺,以缩短电子传输的距离。现如今,芯片制造方面几乎达到了摩尔定律的极限,而芯片工艺在3纳米以后想要再有突破就已十分困难了,显然传统芯片已经发展到了最后的阶段。

走进石墨烯小世界之石墨烯芯片

碳基芯片与硅基芯片相比,在硬度、导电性和导热性等性能方面样样俱优。碳基芯片可以说是目前导热和导电最好,强度最强,重量最轻的芯片,其性能比传统的芯片提高了10倍以上,能使数据传输更快、更低功耗。

碳基芯片有两个方向:“碳纳米管芯片”和“石墨烯芯片”。对于石墨烯芯片,与硅对比,石墨烯是最薄的纳米材料,厚度只有0.335nm;它也足够硬,比钢铁的强度高200倍。同时,石墨烯的导电性是硅的100倍,导热性比铜强10倍。石墨烯芯片可以做到1nm以下,同样的工艺制程,石墨烯芯片性能会更强,功耗会更低。

我国近年碳基芯片方面也取得了一些成就。包括:北大在碳纳米管方向有所突破,已经研制出单片光电集成芯片;中科院的团队已经制造出8英寸的石墨烯晶圆,并且已经形成稳定的小批量生产。

走进石墨烯小世界之石墨烯芯片

华为方面也传出重磅喜讯,其已经成功拿下石墨烯晶体管专利,根据提供的相关专利申请简介,其所申请的专利涉及半导体相关领域。据专家分析,石墨烯晶体管投入市场后,必将会带动我国半导体产业的发展,目前我国石墨烯晶圆的年产值约为300吨。

走进石墨烯小世界之石墨烯芯片

那石墨烯芯片的应用目前遇到哪些问题呢?

首先,我们要提炼纯净的石墨烯,这是难点之一。目前来看,成本相当高,提纯1克需要5000元。

其次,纯净的石墨烯没法做成逻辑电路,需要改良形态,或者加入新的材料,制造出有功能的结构,这是难点之二。

比如,我们提到过的碳纳米管芯片,原理是把石墨烯改造成碳纳米管,以此来充当半导体,石墨烯充当导电沟道。现在的硅基芯片则不同,我们只需做提纯工作,地球上的硅元素太丰富了,成本也不高。纯净的硅晶片就是制造芯片的绝佳材料。

第三,碳基芯片或许不需要光刻机,直接在石墨烯晶圆上切片、刻蚀和注入离子。可是,碳基芯片的量产落地,肯定也需要用到类似光刻机的高精度设备。

所以真正解决以上问题,至少需要我们的科学家努力5-10年。石墨烯芯片的真正应用依旧任重道远!

原创文章,作者:材料小博士,如若转载,请注明出处:http://www.zgsmx.cn/25045.html

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