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西瓜视频|西瓜视频谈华为支援北大研究碳基芯片，性能超硅基芯片10倍以上

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 。有同学会问了 ， 碳纳米晶体管是什么？它有什么作用呢？不急 ， 我们听西瓜视频创作人52赫兹实验室继续往下讲 。
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加工技术 。如果把芯片比作一座房子 ， 晶体管就是建房子的砖头 ， 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 。
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现在 ， 我们听到的所谓22nm、14nm、10nm、7nm这些芯片 ， 要说明的是 ， 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2nm到1.5nm 。为什么晶体管的栅极宽度不能做更小呢？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 。那么 ， 怎么解决这个问题呢？有个重要的流派 ， 就是换个材料 。
咱们不要再用硅做晶体管了 ， 用碳元素 ， 为什么要用碳元素呢？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 ， 就是碳元素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 。
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这里给大家介绍一下 ， 在2020年 ， 北京大学张志勇教授和彭练矛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、同等栅长硅基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99.9999%的碳纳米管阵列 。彭练矛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 。最为关键的是 ， 碳基芯片的产业链中 ， 原先的芯片制造制造程序也将大为不同 ， 那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十倍以上 。总的来说 ， 此次北大碳基半导体的突破 ， 对于咱们来说 ， 这是一个好消息 。
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