另辟蹊径？多国封锁之下，中国碳基芯片杀出一条血路

随着时代的发展，科技在社会发展中愈加重要，电子产品也在我们生活中随处可见。不过我们所使用的智能电子产品都需要一个核心，那就是芯片。

芯片作为半导体领域中最为顶尖的一种产品，它可以说是是科技浓缩的结晶。现代社会发展的源动力很大来源于芯片。

芯片的重要性显而易见。近几年来，随着国际形势的变化，美国联合其他国家对中国的芯片“围堵”越加严重，中国的芯片技术在各种打压下暂时处于劣势，这就要求中国，去寻找新的道路，打破西方国家在芯片领域的垄断地位。

近日，中国央媒的一则报道为中国芯片产业注入了强心剂–国内首条量子芯片生产线。

这更加激励我国要加快科技自立自强的步伐，解决外国“卡脖子”问题。同时，我国碳基芯片的研发也走出了一条新的道路。

碳基芯片相比硅基芯片具有明显的优势。

第一，碳基芯片有着更低的极限、更优的性能和更低的功耗，更适合未来科技的高速发展。

碳基芯片由碳基晶圆打造而来，碳基晶圆的基础则是石墨烯半导体材料。由于石墨烯具有载流子迁移率高和热导率好等优良特性，使得石墨烯晶体管运转速度比硅基晶体管快5-10倍，而功耗却是硅基晶体管的1/10。

给碳基芯片提供了更低的极限、更优的性能和更低的功耗。

第二，碳基芯片对于光刻机的制程工艺要求并不高。

采用90nm工艺的碳基芯片有望制备出性能和集成度相当于28nm技术节点的硅基芯片，采用28nm工艺的碳基芯片则可以实现等同于7nm技术节点的硅基芯片。

也就是说采用28nm的光刻机，就能获得全球最先进EUV光刻机的效果。

第三，目前国际在该领域的技术几乎空白。尽早研发可以占据先发优势。

北京大学彭练矛院士表示，与国外硅基芯片相比，中国在处理大规模数据时所采用的国产碳基芯片速度快，功耗低，至少可节省三成。

并且当前国内石墨烯晶圆生产技术无论在石墨烯单晶晶圆的尺寸和质量上，均处于国际领先水平。

可见，中国在碳基芯片研发中已具有优势。目前芯片绝大部分采用硅基材料的集成电路技术，高端芯片技术被国外厂家长期垄断，中国每年进口芯片的花费高达3000亿美元。

加速以芯片为代表的半导体产业发展早已成为国家战略，但在逆全球化和产业封锁的大背景下，中国现有的硅基半导体发展举步维艰，多数集中在低利润、低附加值的环节。

碳基芯片的这一全新路径给中国制备高端芯片带来了更多的可能性。2021年，华为发布了石墨烯晶体管专利，还有消息称华为将与北京大学成立专门的科研团队致力于碳基芯片的开发，或许华为已经准备将“碳基芯片”作为发展的方向之一。

这时或许就有人产生了疑问，既然“碳基芯片”的优势如此之多，为何“碳基芯片”在市场上并不火热呢？

根据目前的研究来看，碳基芯片之所以无法取代硅基芯片，是因为碳基芯片还存在许多研发上的劣势。

一是碳纳米管提纯难。

对于碳纳米管来说，单一的提纯方法很难将碳纳米管中的杂质完全去除，尤其是单壁碳纳米管。碳纳米管制备完后常包含大量杂质，其杂质主要包括碳杂质和金属杂质两大类。

碳纳米管中杂质的存在限制了其应用，因此对碳纳米管的提纯成了目前急需解决的技术难题。

二是大批量生产困难。

除工艺限制外，碳基芯片量产依旧比硅基芯片难很多。一方面世界各国对于石墨烯的研究，还没有到达让碳基晶圆批量生产，满足各大企业需求的地步；

另一方面碳基半导体与硅基半导体的相关技术与工艺设备也存在差异，虽然现有的硅基半导体加工设备有90%可以直接应用到碳基中，但部分工艺或设备需要调试，才能适配碳基半导体器件的生产。

量产是商业化的重要前提，没有大规模的生产，就无法真正地商业化；产量不足，价格就无法降下来。

至于现有产品的量产时间，中国碳基芯片研究人员称，自2018年，前4英寸碳基晶圆的整条线投入从制备、电路设计、光刻、封装全线的实验以来，已经在产品端上出了4英寸5微米栅长的碳基晶圆。

这些成果已可以直接跟前端射频器件厂商牵手。难度相对较低的物联网碳管芯片，预计未来3至5年内就可能商用。而应用于手机和服务器上的碳基芯片，则需要更长时间。

三是产学研融合不易。

公司更愿意在研究成果成熟时和高校合作。因为带有不确定性的合作，短期内很难给公司带来盈利，长期看又存在一定风险，产业界得不到足够动力投入资金。

而碳基半导体技术从实验室到产业界，中间还需要进行工程化研究，其中面临的挑战包括资金的持续保证、理念的转变以及与现有产业的兼容等。

如果产学研不能更好地融合，这些问题只依靠研究团队很难解决。

在碳基芯片这条道路上中国逐渐占据了优势，但碳基芯片研发的集成度和当前世界上普遍使用的硅基芯片相比还差很远。

目前学校实验室已可以采用碳纳米管材料制备出一些中等规模甚至大规模的集成电路，但是要用它做超大规模集成电路还不行。

彭练矛表示，在国家重视且科研经费充足的情况下，预计3—5年后碳基技术能够在一些特殊领域得到小规模应用；预计10年之后碳基芯片有望随着产品更迭逐渐成为主流芯片技术。

中国以自己的力量独立走出新的芯片道路。即使这条路孤独又艰难，但我们毫不畏惧，展现出独特的大国风采。