矽基晶片已發展至工藝極限，碳納米管真能成為新一代晶片材料嗎？

現在矽基晶片的生產工藝已逼近3納米，根據摩爾定律，將在兩三年之後達到1納米的工藝極限。更小的製程和更小的電晶體，會讓矽基晶片出現漏電效應和短溝道效應。什麼是漏電效應和短溝道效應？

漏電效應：

即當柵長減小時電子移動的距離縮短，容易導致電晶體內部電子自發通過電晶體通道的矽底板進行的從負極流向正極的運動。也就是說當柵長特別小的時候，兩個電晶體離得太近，其中的電子就可能直接通過兩個電晶體間的矽板流到另一個電晶體中。

短溝道效應：

當MOS電晶體的溝道長度變短到可以與源漏的耗盡層寬度相比擬時，發生短溝道效應，柵下耗盡區電荷不再完全受柵控制，其中有一部分受源、漏控制，產生耗盡區電荷共享，並且隨著溝道長度的減小，受柵控制的耗盡區電荷不斷減少的現象。影響：由於受柵控制的耗盡區電荷不斷減少，只需要較少的柵電荷就可以達到反型，使閾值電壓降低；溝道變短使得器件很容易發生載流子速度飽和效應。

如何解決這個即將到來的問題？有兩個選擇：

• 1、在現在基礎上實現技術突破，尋找破解的方法。
• 2、用一種新材料來代替矽基板生產晶片。

2020年5月，在國際知名雜誌《科學》上，發表了一篇來自中國北大團隊關於碳基半導體的論文，文中提到了「高密度碳納米管」的提取和組裝方法。業界將這一成果稱為：碳基半導體進入規模工業化的基礎。

由於媒體的廣泛宣傳，碳基半導體材料進入了公眾的視野，那麼碳基半導體到底靠不靠譜呢？

根據北大團隊和業界多年的研究，證明用碳納料管用來製造晶片是完全可行的，而且相對矽基晶片，碳基晶片在性能和功耗上更有優勢，而且碳基晶片有一個最突出的地方就是，用更大製程工藝生產的晶片能與更小製程的矽基晶片性能相當。

據相關測試，用28納米工藝製成的碳基晶片和7納米工藝的矽基晶片完全相當。這對於我國仍然停留在比較落後的晶片生產工藝下，無疑是一個天大的好消息，不用再因為缺乏最尖端的晶片生產設備而受制於人，所以總體來說，碳基晶片還是很靠譜的。

而且，我國在碳基半導體的提取技術上，已經位居世界頂尖水平，就算臺積電這樣的頂級矽基晶片大廠，將來在碳基晶片的競爭上，都有可能交出行業話語權。這已經不是他們肯不肯的問題，而是大勢所趨，一種新技術淘汰一種老技術，是科學發展的必然。

數位相機淘汰了膠片相機，智慧型手機消滅了功能手機，就是最好的例子。碳基晶片正是我國在晶片技術上一次翻盤的機會，不過，雖然機會是存在，但是困難也不少。

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