最近關(guān)于半導(dǎo)體行業(yè)最令人關(guān)注的事便是美國(guó)對(duì)于華為芯片的限制了，美國(guó)的該限令，讓我們?cè)僖淮我庾R(shí)到了國(guó)產(chǎn)芯片獨(dú)立自主的重要性。過(guò)去多年雖然我國(guó)投入了很多精力進(jìn)行芯片研發(fā)，但是因?yàn)樵谝恍┖诵募夹g(shù)上始終沒(méi)有得到突破，所以我國(guó)芯片研發(fā)仍然面臨重重困難。

雖然目前我國(guó)在一些中低端芯片上已經(jīng)完全可以實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，但是對(duì)于高端芯片特別是7納米以上的高端芯片，仍然完全依賴進(jìn)口，即便類似華為這種企業(yè)有能力設(shè)計(jì)出7納米甚至5納米的芯片，但是想要把這種設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為實(shí)實(shí)在在看得見(jiàn)的芯片，還要委托給臺(tái)積電進(jìn)行生產(chǎn)。

現(xiàn)在華為被美國(guó)限制之后，未來(lái)七納米芯片面臨很多不確定因素，一旦臺(tái)積電120天緩沖期過(guò)去之后，將意味著從9月下旬開(kāi)始，他們將不能繼續(xù)代工華為的芯片，這對(duì)于華為來(lái)說(shuō)影響是非常大的，如果M國(guó)對(duì)華為的限制沒(méi)有放松，未來(lái)幾年華為都有可能受到很大的影響。

不過(guò)天無(wú)絕人之路，雖然我國(guó)在硅基芯片上跟國(guó)際頂尖水平有很大的差距，在高端芯片上甚至處處受制于人，但是由我國(guó)自主研發(fā)的碳基芯片，最近已經(jīng)取得了新的突破，未來(lái)即便沒(méi)有EUV光刻機(jī)，我國(guó)也有可能生產(chǎn)出一些高性能的芯片。

2020年5月26日，由中國(guó)科學(xué)院院士彭練毛和張志勇教授組成的碳基納米管芯片研發(fā)團(tuán)隊(duì)在新型碳基半導(dǎo)體領(lǐng)域取得了重大的研究成果。

2020年5月22日《用于高性能電子學(xué)的高密度半導(dǎo)體碳納米管平行陣列》這篇論文在科學(xué)上發(fā)表。電子學(xué)系2015級(jí)博士研究生劉力俊和北京元芯碳基集成電路研究院工程師韓杰為并列第一作者，張志勇和彭練矛為共同通訊作者。

該課題組采用多次聚合物分散和提純技術(shù)得到超高純度碳管溶液，并結(jié)合維度限制自排列法，在4英寸基底上制備出密度為120 /μm、半導(dǎo)體純度高達(dá)99.9999%、直徑分布在1.45±0.23 nm的碳管陣列，從而達(dá)到超大規(guī)模碳管集成電路的需求。

這意味著經(jīng)過(guò)過(guò)20年的研發(fā)時(shí)間，我國(guó)不僅突破了碳基半導(dǎo)體制造設(shè)備的瓶頸，而且實(shí)現(xiàn)了碳基納米管晶體管芯片制造技術(shù)的全球領(lǐng)先地位。

與傳統(tǒng)的硅基芯片相比，碳基芯片功耗和成本更低，性能更強(qiáng)，據(jù)彭練矛毛教授稱，同等柵長(zhǎng)的碳基芯片比硅基半導(dǎo)體功耗至少降低三倍以上，運(yùn)行速度也提高了三倍，用碳管制成的芯片有望使用在手機(jī)和武器為基站中。

那這種碳基芯片到底有多強(qiáng)大呢?

2017年1月，彭練矛率團(tuán)隊(duì)研制出高性能5nm(納米)柵長(zhǎng)碳納米管CMOS器件，這是世界上迄今最小的高性能晶體管，綜合性能比目前最好的硅基晶體管領(lǐng)先十倍，接近了理論極限。其工作速度3倍于英特爾最先進(jìn)的14nm商用硅材料晶體管，能耗卻只有硅材料晶體管的1/4，相關(guān)成果發(fā)表于《科學(xué)》。

這意味著如果未來(lái)碳基芯片管能夠產(chǎn)業(yè)化，將可以讓我國(guó)擺脫對(duì)西方硅基芯片的依賴，按照碳基機(jī)芯片性能是硅基芯片的3倍來(lái)計(jì)算，要生產(chǎn)出5納米的芯片，只需要具備14納米光刻機(jī)就可以，用不到7納米光刻機(jī)，這樣就不用看荷蘭ASML的臉色了。

而目前由上海微電子自主研發(fā)的28納米光刻機(jī)，預(yù)計(jì)將在2021年投產(chǎn)，按照這個(gè)研發(fā)速度，未來(lái)上海微電子還有可能研發(fā)出14納米的光刻機(jī)，如果將14納米光刻機(jī)和碳基芯片結(jié)合在一起，我國(guó)將可以大幅縮小跟西方硅基芯片的差距，甚至達(dá)到領(lǐng)先的目的，從而擺脫西方一些國(guó)家對(duì)我國(guó)的技術(shù)封鎖。

當(dāng)然，目前擺在我國(guó)面前的還有很長(zhǎng)的路要走，雖然北京大學(xué)在碳基納米管上取得了技術(shù)上的突破，但是碳納米管集成電路批量化制備的前提是實(shí)現(xiàn)超高半導(dǎo)體純度、順排、高密度，大面積均勻的碳納米管陣列薄膜，這對(duì)于制造工藝會(huì)要求更高。

碳納米管CMOS技術(shù)正快速走向成熟，雖然近幾年還不能應(yīng)用到工業(yè)領(lǐng)域，但是未來(lái)必將走向應(yīng)用，并且提供全新的可能性。