碳基晶片不用光刻機?知道晶片製造原理,才不會被美國當笑話

2020年5月22日，北京大學電子學系彭練矛院士和張志勇教授團隊實現了碳基半導體材料提純的純度超過 99.9999%。為將來實現碳基晶片打下了堅實的基礎。

可正式因為碳基材料的突破，也引出不少笑話話題。譬如碳基晶片不需要光刻機，中國「芯」要彎道超車。

據了解，該團隊實現了，能在1微米空間裡放下100至200根碳納米管。碳納米管的直徑為1.45±0.23nm 。

直徑為1.45納米的電晶體，不用光刻機，難道是用關公大刀雕刻出來嗎。

簡單地舉兩個例子：第一個例子，固定電話好比矽基晶片，行動電話好比碳基晶片。不用固話，你覺得手機就一定技術含量低嗎！

第二個例子，數控工具機原來雕刻的模具材料是普通鋼材（矽基晶片），現在雕刻模具材料是特殊鋼材（碳基晶片）。是不是數控工具機就廢了。

要知道需不需要光刻機，還得明白光刻機的作用原理或更深層次去理解晶片的製造過程。不然傳到美國耳裡會被笑掉大牙！

下面就簡單理解下晶片製造的關鍵過程——光刻。

先了解下什麼是掩模版（mask），掩模是光刻工藝不可缺少的部件。掩模上承載有設計圖形，光線透過它，把設計圖形透射在光刻膠上。

在晶圓片被光刻前，會在晶圓片上面覆蓋一層光刻膠。光刻後，紫外線經過掩模，把上面預先設計好的電路圖案，透過它照在光刻膠層上，形成微處理器的每一層電路圖案。在下圖晶圓片上縮小圖案就是掩模圖案的作用。

一塊晶圓片上可以切割出數百個處理器，為了更好理解晶片製造，在此只聚焦到晶片的單個電晶體。

曝光過後的光刻膠被溶解掉，經過清除光刻膠後留下的圖案和掩模上設計圖一樣。

再經過蝕刻、離子注入……等晶片製造過程，最終形成一個電晶體。

結語：

晶片光刻相當於數控工具機的刀是避免不了的。至於有傳言用3D列印可以實現。先不說別的，3G印表機和紫外光的精準級別是就不是一個等級。

碳基晶片與矽基晶片也並不是完全換車道，光刻機是納米級別精準度，有成熟的半導體生產工藝，不是一句話能改變的。就像美國發展用星鏈衛星通訊，說5G，甚至說6G通訊落後一樣——5G是不是沒有用武之地了。事實是衛星通訊是基站通訊的補充。碳基晶片也是矽基晶片性能上的補充。

晶片材料變革也並非第一次，之前最先使用的晶片材料是鍺，並不是矽。矽晶圓出現後，同樣使用光刻機。因此，碳基晶片也不會是全彎道超車，光刻機依然繼續它的使命。