迎來新突破！北大碳基晶片研發成功，碳納米管成第3代半導體材料

2020-09-06 佰草科技

晶片的用途非常廣泛，可以說是隨處可見，晶片的誕生也徹底改變了我們的生活，我們都知道，現在的晶片大部分採用的矽為材料，所以我們稱他為矽基晶片，想要提升晶片的運算性能，除了優化晶片的架構之外，增加電晶體數量的方式能快速增加晶片的性能。目前的製作工藝可以在一個指甲蓋大小的高端晶片中的體積覆蓋上百億個電晶體。

矽半導體材料

矽材料作為第一代半導體材料，本身擁有很多優點，比如存儲儲量大（沙子到處都有），製作和提煉工藝成熟，狀態穩定，但是根據摩爾定律的發展，半導體晶片約每隔18-20個月性能就會提升一倍，內部的電晶體數量也要增加一倍，矽基晶片發展到現在已經突破了5nm工藝，預計在未來的幾年內，臺積電的2nm工藝也會突破，而矽材料本身的限制，2nm可能已經是發展極限了。

第二代半導體材料發展

矽的提純工藝歷經60年的發展，目前應該是人類最先進的水平了，但是無奈「矽速」慢，想要繼續提升晶片的性能，那就改變晶片的裡面半導體電晶體的製作材料，在第二代半導體材料的研發中出現了砷化鎵（GaAs）、銻化銦（InSb）、三元化合物半導體等一些材料，其中以砷化鎵技術最為成熟。但是這些材料並沒有用在處理器晶片的研發上面，主要用來製作高速、高頻、大功率以及發光的電子器件。是製作高性能微波、毫米波器件及發光器件的優良材料，大部分應用於通信領域，比如衛星通訊、移動通訊、光通信、GPS導航等。

性能更高，耐高溫的第三代半導體

隨著半導體行業的不斷發展壯大，半導體材料的升級也迎來了新的變化，就是是5G通信一樣，很多國家和企業都在爭先恐後的進行自己的第三代半導體研發，相比前兩代而言，除了性能和功耗的優化之外，也被要求使用在一些特殊的環境，必須兼備耐高溫、強輻射、大功率等特點。比如碳化矽（SiC）、氮化鎵、金剛石、碳納米管半導體等。最值得一提的是我國在碳納米管材料的研究已經有了一定的進展，北大和相關企業已經研發具備了99.99995%的提存工藝。

碳基半導體迎來突破

8月26日，北大一支研究碳納米半導體材料的團隊再次登上全球頂級學術期刊《自然·電子學》，該團隊研出一種「抗輻射」，耐高溫的碳納米管電晶體和集成電路，可用於航天航空和核工業等特殊環境，而且在此之間，北大曾在4英寸基底上製備出密度為120 /μm、半導體純度高達99.9999%、直徑分布在1.45±0.23 nm的碳管陣列，這些研究成果將意味著我國在第三代半導體的研發上取得重大的研究成果。也為未來的碳基晶片研製打下了堅實基礎。

總結

我國在第三半導體材料上的起步比較晚，相對國外的技術水平較低。但是目前而言，這也是一次彎道超車的好機會，而我國在此方面的人才培養也是非常重要的，未來的科技發展需要面臨著困難和挑戰。

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