碳基晶片迎來突破！石墨烯材料碳納米管如何製作，西瓜視頻告訴你

最近超導體「碳基晶片」的熱度越來越高，那麼是什麼原因讓它受到如此的追捧呢？

在晶片的發展中，根據摩爾定律： 「當價格不變的情況下，集成電路上可容納的元器件的數目，約每隔18-24個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。」換句話說就是納米工藝越來越先進，同體積下的晶片中容納的電晶體就越多。

碳基晶片工藝的發展

我國高端晶片的製造工藝因受到光刻機的影響，一直無法突破14nm工藝，然而臺積電已經實現了5nm工藝的量產。為了超越臺積電，三星集團也在著手3nm的工藝的開發，試圖想要在矽基晶片的製作工藝中超越臺積電。這兩家高端晶片生產廠家在製作工藝的拼比上如火如荼，我們只能望梅止渴。

但是就在前不久，我們中科院彭練矛院士和他的團隊們研發一種新材料的「碳基晶片」，裡面採用的是「碳納米管」製作的，這種材料或許會跳出摩爾定律的瓶頸，使得晶片的性能提升不再完全依賴於高端納米光刻工藝和電晶體的大小。

碳納米管的特點

碳納米管是由石墨烯片層捲曲而成的，分為單壁納米管和多壁納米管，而且根據不同的結構特徵也分為 扶手椅形納米管（armchair form），鋸齒形納米管（zigzag form）和手性納米管（chiral form）。碳納米管的硬度和金剛石相當，但是柔韌性和拉伸性更好，就算是被強力拉伸之後還能立即恢復到之前的形狀，而且碳納米管還是已知材料中熔點最高的。

碳基晶片的石墨烯材料是如何製作的

想要製作碳基晶片，就需要用到石墨烯，來自西瓜視頻創作人媽咪說MommyTalk在其西瓜視頻中為大家講解了超導體的發展，為我們漲知識。在一般情況下，比如我們的電源線作為導體，在電流經過的時候表面會產生熱量，這就是因為電源線本身是有電阻的。電流經過電阻之後就會將電能轉換成熱能，將電能就被損耗掉了。

那麼什麼是超導體，超導體是在1911年被荷蘭科學家海克·卡末林·昂內斯等人發現的，超導體的定義是在某一溫度下，電阻接近於0，擁有完全抗磁性的導體。因為本身沒有電阻就不會產生損耗和磁場的幹擾，導電的性能就會越強。但是在研發之初，這些導體都需要在低溫環境下才會獲得，比如 鉈－鋇－鈣－銅－氧系材料的臨界溫度需要達到125K（﹣150.15℃）才能成為超導體，但是在批量使用中這完全不現實的，因為環境溫度不可能達到那麼低。所以一種新型的常溫超導體石墨烯被研發出來了。

石墨烯的製作工藝很多種，比如 機械剝離法、氧化還原法、 取向附生法、碳化矽外延法、 赫默法、 化學氣相沉積法等。但是想要得到高質量的石墨烯材料，一般使用的是「碳化矽外延法」，通過在超高溫真空的環境下，使得矽原子升華脫離，剩下的碳原子結構會進行重組，從而得到基於SIC的石墨烯材料。

未來碳基晶片的發展

碳基晶片的出現和突破，是我國取得的歷史性成就，也為我們提供了打破光刻機瓶頸的方法，並且隨著矽基晶片的開發極限，碳基晶片將成為全球開發的目標，而我國目前獲得的成就是全球領先的技術，很多都是世界首例。按照彭練矛院士的說法，我國的碳基晶片獲將在未來3-5年實現商業化用途，10年將可能獲得批量化生產。到時候就輪到我們重新引領碳基晶片市場的發展。

總結

碳基晶片將引導未來晶片的革命，使得晶片不再是完全依賴於光刻機和納米技術的發展，而是在材料上進行突破。有網友稱，摩爾定律其實反而限制了晶片的發展，讓大家漸漸放棄了在新晶片材料上的研發，一味的追求納米工藝。而我國在此方面的突破真的是可喜可賀。

上西瓜視頻，搜索「媽咪說MommyTalk」，