芯片|功耗降低50倍不用进口光刻机国产芯片要靠“碳”超车？( 二 ) 光刻机|功耗降低50倍|不用进口

目前，国内外对制备高半导体纯度碳纳米管已经有了一定的研究。2013年IBM的Cao等人制出了半导体纯度达到99%的碳纳米管，但该方法制备出的碳纳米管密度将会达到500根/μm ，碳纳米管的纯度和密度都不满足生产所需。
2016年，北京大学的彭练矛研究组发现了一种“蒸发诱导自组装”的方法可以在微米尺度上排列碳纳米管。随后，该课题组在2020年通过“维度限制自组装”和“DNA限制自组装”的方法制备得到了半导体浓度符合“六个九水平” ，密度保持在100~200根/μm的碳纳米管，这标志着我国碳纳米管的制备工艺已经达到了碳基芯片所需的技术奇点。

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而对于碳基集成电路的探索，全世界目前都尚处在起步阶段。自2013年斯坦福大学开发出首台完全使用碳纳米管打造并能够成功运行简单程序的电脑以来，对该领域的探索就从未止步。2020年，我国彭练矛-张志勇团队最新成果中碳基集成电路速度达到了8.06GHz ，处于世界一流水平。
总的来看，硅基芯片的发展总有尽头，而碳基芯片目前看来最可能是硅基芯片在未来的接棒人。目前，我国在碳基芯片上的理论和实践积累都处于世界前列，碳基芯片或许将会成为我国芯片行业突破技术护城河，走向世界的关键。
打破先进光刻机封锁，国产“芯”弯道超车的机会
对于这条芯片领域的新赛道，我国各界都相当关注。
从技术角度来讲，我国目前在芯片领域最受擎肘的并不是设计环节，而是其制造环节。台积电和三星拥有着目前最先进的5nm芯片制程工艺，而他们技术的共同点，就是使用了来自荷兰ASML公司的EUV光刻机。
一般来讲，主流光刻机技术分为DUV和EUV技术，前者意为“深紫外线” ，而后者则为“极深紫外线” 。DUV光刻机可以做到25nm制程， Intel凭借双工作台模式使其能够达到10nm制程工艺。但10nm以下的制程工艺，目前只有EUV光刻机才能做到。由于西方国家封锁，我国芯片制造企业目前无法购买到EUV光刻机进行先进制程工艺芯片的制备。
但DUV光刻机完全可以满足制备5nm碳基芯片所需的工艺要求。这预示着未来也许我们可以在不依赖进口光刻机的前提下发展先进制程芯片制造技术。这实际上给予了我国芯片行业弯道超车的机会。
在2021年IMEC（欧洲微电子研究中心）的公开会议上，与会者提出了四种延续摩尔定律、打破2纳米硅基芯片物理极限的方法。在这四种方法中，碳基芯片的发展方案得到了专家组的一致认可。专家们一致认为，碳基芯片将是硅基芯片后，新一代主流芯片技术。
我国碳基芯片领军人物彭练矛院士在接受人民网采访时也曾表露，他认为碳基芯片是智慧城市运行发展的最佳选择。彭院士还预言：“十五年之后碳基芯片有望成为芯片行业主流技术。”
目前，碳基芯片还处在实验室研究的初级阶段，量产之路仍然“路漫漫其修远兮” 。根据初步估算，要想真正完成碳基芯片从实验室到办公室的飞跃，至少需要确保十年以上的持续资金投入，碳基材料研究投入需要几十亿元。但由于投资回报前景不明朗，市场投资者兴趣缺缺。在这种情况下，政府的投入和支持显得尤为重要。

芯片|功耗降低50倍 不用进口光刻机 国产芯片要靠“碳”超车？( 二 )

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