最近围绕芯片的话题非常的火热，随着北大碳基纳米管的成功研制，很多人在说我们已经弯道超车了，不用光刻机了。也有人说换啥材料都需要光刻机，远水难解近渴。那么北大碳基芯片VS荷兰EUV光刻机，谁能最终笑傲江湖？下面我们随着一段西瓜视频一起来解析。

摩尔定律失效是换赛道的机遇

进入21世纪以来，由于传统硅基芯片受到摩尔定律的限制，发展速度日益缓慢，人们一直试图寻找能够替代硅的芯片材料，而碳纳米晶体管就是最具研究价值的方向，碳纳米晶体管是什么？它有什么作用？

集成电路的整体技术从设计到制造是目前为止人类历史上最精密的设计、制造技术。如果把芯片比作一栋房子，晶体管就是建房的砖头，一栋栋的房子就构成了我们的信息社会。

说白了晶体管越多，芯片的运算速度也就越快，提到制造晶体管这块砖头的材料，很多人都会给出硅这个答案，现在我们听到的所谓10纳米、7纳米芯片，这些数字并不是指芯片里面以硅材料为基础的晶体管大小，而是指芯片上晶体管的栅极宽度，但是由于摩尔定律的限制，目前硅材料芯片的极限制程差不多是在2纳米到1.5纳米。

为什么硅晶体管的栅极宽度不能做更小？

简单来说就是因为硅的一些特性限制，如果晶体管太小，出故障的概率就会急剧升高，把芯片里面上百亿个晶体管协调起来一起工作就会非常困难。所以目前的光刻机和芯片制程发展比以前要慢了许多。既然硅衬底材料已经弊端出现，那么芯片基层材料比较迎来新的发展。

碳基芯片是新赛道的希望

目前芯片制造有个重要的"流派"就是新材料。不再用硅做晶体管，用碳元纳米管。那么为什么要用碳元素？其实这跟碳元素本身很多优质的特性有关，比如用碳纳米管做的晶体管，它的电子迁移率可以是硅的1000倍，通俗来说就是碳材料里面电子的"群众基础"更好。再比如碳纳米管里面的电子自由程特别长。

"通俗的理解就是电子的活动更自由，不容易摩擦发热，由于这些底层的优点用碳来做晶体管，甚至不用像硅晶体管那么小，就可以取得同等水平的性能。" 西瓜视频创作人"52赫兹实验室"解释到。

2020年北京大学张志勇教授和彭练茅教授课题组发展全新的提纯和自组装方法，并使用该方法制备出高密度高纯度半导体阵列的碳纳米管材料。在此基础上还首次实现性能超越，同等硅基CMOS技术的晶体管和电路。

具体来说就是在4英寸的基底上制备出密度为120微米，纯度高达6个9，也就是99.9999%的碳纳米管阵列，彭练茅教授研究团队的这一系列成果，经过实测性能确实超过了相同尺寸的硅晶体管，为咱们终结芯片硅时代提供了一种新的可能性方案。

得知这一消息，华为已经迅速与该团队进行了交流，有意在未来达成合作对接，华为强大的经济实力将为该团队提供强有力的支援，这势必加快研究的进展，为华为未来的发展助一臂之力。

碳纳米管相对于硅材料具有成本低、功耗小、效率高的优势，如果能加以推广，将会成为未来最先进的芯片制造技术。

碳基将为国产光刻机争取时间

碳基芯片的产业链中，原先的芯片制造程序也将大为不同，是否意味着我们不需要荷兰的EUV光刻机，北大科学家虽然已经能够以很高的密度按规则铺设碳纳米管，但想要做成集成电路，还是需要光刻机以及电子束刻蚀来铺设各种电极。

目前关于对于碳基芯片更多的还是理论环节，但从目前已掌握的技术来看，一旦成熟碳基芯片将有望把集成电路技术推进到3纳米节点以下，性能将超越硅基芯片10倍以上。

然而这个成果将为我们的国产光刻机争取时间，就在今年的7月，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员张子旸与国家纳米中心研究员刘前合作，在Nano Letters发表了一种新型5nm超高精度激光光刻加工方法，这意味着我们的光刻机以全新的方式进入国产化，成功的突破了DUV、EUV光刻机最为核心的光学系统的困扰。

1、他们的研究中使用了具有完全知识产权的激光直写设备，利用了激光与物质的非线性相互作用来提高加工分辨率，其有别于传统的缩短激光波长或增大数值孔径的技术路径；

2、打破了传统激光直写技术中受体材料为有机光刻胶的限制，可使用多种受体材料，极大地扩展了激光直写的应用场景。

3、研究团队针对激光微纳加工中所面临的实际问题出发，很好地解决了高效和高精度之间的固有矛盾，开发的新型微纳加工技术在集成电路、光子芯片、微机电系统等众多微纳加工领域展现了广阔的应用前景。

在我们EUV光刻机自主研发瓶颈期，持续研发激光直写光刻机，加上我们北大碳基于半导体的突破，能为我们的半导体产业发展注入极大的活力。

所以想要真正做到芯片国产化，需要多条路线。不仅要提高芯片研发能力跟芯片生产能力，还需要提高我国的光刻机研发制造能力，同时还在继续在新材料上继续深入。

这些科技都需要花费长时间投入巨额的资金才能能够实现，想要赶超还得靠创新，尽管创新会有失败，目前硅基极限就2纳米左右了，而碳基可以做到1纳米以下，硅基转碳基是迟早的事情，硅基每向前0.1纳米都是海量的金钱投入。

碳芯片技术的突破将为整个中国的芯片领域发展带来新的希望，如果碳基技术能够实现产业化，将有可能彻底改变半导体制造行业的格局，那个时候EUV光刻机恐怕不能再笑傲江湖了。将会开启自主创新时代开辟一条崭新的道路，希望中国在碳基芯片研发上的良好开局能够在产业化中得以保持，而不是再次经历硅基芯片的教训。

本文部分素材来源于西瓜视频创作人"52赫兹实验室"：

北大碳基芯片VS 荷兰EUV光刻机，孰能最终笑傲江湖？

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