你好，我是非著名頭條創(chuàng)作者靜婧的爸爸，很高興回答你的問題。

本期導(dǎo)讀：生產(chǎn)碳基芯片需要光刻機(jī)嗎在當(dāng)今社會(huì)芯片已經(jīng)在我們的生活中占據(jù)了非常重要的位置，小小的芯片背后凝聚著全世界最先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)沒有之一，以硅為材料的硅基芯片發(fā)展了幾十年，越來越多的晶體管被集成在這個(gè)方寸之間，現(xiàn)在高端手機(jī)芯片的晶體管已經(jīng)超過了1百億個(gè)，在硅基芯片上摩爾定律已經(jīng)接近了天花板，人們不斷在尋找新的材料來突破碳基芯片遇到的這個(gè)瓶頸，目前最先進(jìn)的碳納米管制造的就是非常理想的晶體管材料，基于碳納米管制造的碳基芯片并不需要光刻機(jī)。

硅基芯片和碳基芯片的生產(chǎn)方式世界上制造芯片的維納結(jié)構(gòu)主要有兩種策略：

1. Top-Down：從上而下的方法

硅基芯片的制造就是利用了從上而下的微納精加工技術(shù)，用到的設(shè)備就是ASML的光刻機(jī)。光刻機(jī)就像雕刻的刻刀，把芯片設(shè)計(jì)圖紙上的器件用光刻畫到硅晶圓上。

2. Bottom-up：自下而上的方法

碳基芯片的制造就是利用了此自下而上的微納加工技術(shù)，就像蓋房子一樣。蓋房子首先我們要用到磚頭，再用磚頭一點(diǎn)點(diǎn)自下而上的把房子蓋起來，碳基芯片中蓋房子用的磚頭就是碳納米管。

小結(jié)：這二種芯片的最大的區(qū)別在于硅基芯片是通過在硅晶圓上光刻和刻蝕等工藝，雕刻出復(fù)雜的芯片結(jié)構(gòu)，而碳基芯片是從下而上，利用大量的碳納米管，像搭樂高積木組裝一樣，搭建出宏觀的芯片器件結(jié)構(gòu)。歸結(jié)到二個(gè)字：硅基芯片是刻，碳基芯片是搭！

碳基芯片目前發(fā)展情況目前世界上中國和美國作為世界領(lǐng)先的二家科技強(qiáng)國，中美已經(jīng)在碳基芯片的研究上你追我趕了十幾年的世界，說是中美之間的競爭其實(shí)是中美二個(gè)世界頂級(jí)名校實(shí)驗(yàn)室之間的角逐：北京大學(xué)和麻省理工學(xué)院。

由彭練矛院士帶領(lǐng)的北大實(shí)驗(yàn)室，從2007年開始進(jìn)行了碳基集成電路的課題項(xiàng)目，他們從碳管制造，組裝工藝和元器件結(jié)構(gòu)等方面入手，創(chuàng)造性的研發(fā)了一套高性能碳管cmos器件的無摻雜制造方法，通過調(diào)節(jié)接觸金屬的功函數(shù)來是實(shí)現(xiàn)器件極性的調(diào)控。簡單來說就是改變碳納米管的接觸電極材料，利用帶金屬作為高功函數(shù)源漏電極，利用了鋁作為低功函數(shù)源漏電極。

2017年彭院士帶領(lǐng)的北大實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)在碳管制造技術(shù)，碳管器件物理，性能極限探索等方面取得了突破性的進(jìn)展，制造出了5nm柵極碳納米管CMOS器件，工作速度2倍于Intel最新的商用硅晶體管，能耗卻只有其的1/4，這表明在10nm以下碳納米管cmos器件比硅基cmos器件具有明顯的性能優(yōu)勢，此研究成果發(fā)布在《科學(xué)》雜志上，北大實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)的突破性研究證明了碳基芯片的可行性和優(yōu)越性。但是研究成功和大規(guī)模商用性生產(chǎn)還有很遠(yuǎn)的路要走，一時(shí)半會(huì)兒解決不了華為芯片產(chǎn)能的問題。

再來說說麻省理工學(xué)院，由Shulaker教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)，也在開展碳基芯片的相關(guān)研究，2019年，世界頂級(jí)雜志《科學(xué)》發(fā)表了Shulaker團(tuán)隊(duì)的論文，文章介紹了一種包含14000個(gè)碳晶體管的碳基微處理器，這個(gè)只有16位的微處理器基于RISC-V開源機(jī)構(gòu)，在測試中執(zhí)行了Hello，World程序，成功生成了信息Hello，world。

他們采用了一種叫MIXED的技術(shù)，這和北大實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)的方法異曲同工，都是通過控制沉積的金屬等電極材料來實(shí)現(xiàn)晶體管的功能，Shulaker團(tuán)隊(duì)更在乎與現(xiàn)有硅基芯片工藝的兼容，他們使用目前標(biāo)準(zhǔn)的EDA芯片設(shè)計(jì)軟件，利用硅基芯片兼容的材料和工藝制備，從而得到了一個(gè)由14000個(gè)碳基晶體管組成的集成電路，這種方式可以更快的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，基本上是硅基芯片30年前的技術(shù)水平，想要真正達(dá)到商用大批量生產(chǎn)同樣也需要很長的路要走。

中國在這場未來科技戰(zhàn)場的競爭中稍微領(lǐng)先與麻省團(tuán)隊(duì)的實(shí)用功利主義思路不同，北大的實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)目標(biāo)是可以完全超越硅基芯片的創(chuàng)新思想。2020年5月，北大實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)》雜志上再次取得突破性進(jìn)展，他們解決了一種重要的難題，如何實(shí)現(xiàn)高純度碳納米管的整齊排列搭建，他們創(chuàng)新性的制備出純度優(yōu)于99.9999%的碳納米管溶液，利用高純度溶液通過維度限制組裝，在4英寸硅片上制備了排列整齊的高密度碳管搭建。通過這種發(fā)放他們制造出的微處理器比麻省實(shí)驗(yàn)室制造出的微處理器要小，但是相比特征長度相似的硅晶體管，碳基晶體管顯示出了更大優(yōu)越的性能。

最后總結(jié)：碳基芯片的制造就是需要在晶圓上制備大面積，高密度高純度的碳管排列，目前北大的相關(guān)研究技術(shù)已經(jīng)領(lǐng)先全球，假以時(shí)日我相信中國的碳基芯片研究一定會(huì)在商業(yè)應(yīng)用上取得突破，早日突破國外的技術(shù)壁壘，制造出高端先進(jìn)的碳基芯片，到那一日，華為就不需要看別人的臉色了，希望華為能夠挺住這幾年！

我是一個(gè)生活在魔都的80后，熱衷于給我們家靜婧做好吃的美食，如果你喜歡我的問答，請給予關(guān)注，評(píng)論和收藏，謝謝。

標(biāo)簽：刻機(jī)芯片需要有機(jī)硅原料