孤惯|“碳基芯片”研发成功，中国“芯”换道超车，不再依赖高端光刻机集成电路在我们的应用中非常广泛

集成电路在我们的应用中非常广泛，它让我们的设备变得更加轻便化，体积也越来越小，就拿我们经常用的手机来说，从以前的“大哥大” ，到现在的手持式智能手机，这些都得力于集成化电路的发展。它可以用1平方厘米大小的芯片装下以前需要一平方米才能完成的电路。
而我国也因为高端光刻机的原因，在7nm芯片以下的生产工艺上一直无法突破，目前由中芯国际生产的芯片只能达到24nm工艺，通过N+1工艺也只能勉强达到14nm ，和ASML目前最新的5nm工艺来说相差还是很远的。不光如此我国目前生产的芯片合格率和产量都是非常低的。 2019年我们的芯片自给率还不足20% 。
那么在这个时候，想要弯道超车生产出高端工艺的芯片，除了在制程工艺上突破外，我们还可以从材料上进行突破，就这样，一种由新型碳纳米管材料制作而成的“碳基芯片”诞生。我们都知道，目前手机和电脑中使用的这些芯片都是半导体硅基芯片，主要材料是硅晶体。而碳基芯片的材料采用的是碳纳米管，两者材质的不同，我们便有了两种不同的称呼。
新一代碳基芯片诞生在5月26日，北京碳基集成电路研究院传来一个好消息，由中国科学院院士彭练矛和张志勇教授带领的研发团队，花费了近20年的时间，终于在新型“碳基半导体”中取得重大的研究成果，不仅是突破了“碳基半导体”制造设备的瓶颈，更是实现了全球领先的“碳基纳米晶体管”芯片的制造技术。使得我们的芯片进入了“碳基时代” 。
碳基芯片的发展早在2年前，彭练矛院士和他的团队就已经制造出4吋5微米栅长的碳基芯片，相当于目前28nm工艺硅基芯片的性能，在同等栅长的硅基芯片对比下，性能至少提升了10倍以上。借鉴西瓜视频创作人东城观星在西瓜视频中的描述，这得利于目前可达到1-3纳米直径的碳纳米管工艺，特别适合做小尺寸的晶体管，能够做成立体控制结构，也有利于实现电路控制，也就是能实现更好的电路导通性，实现更快的0和1的二进制计算。在西瓜视频也能增涨知识了，大家可以关注他详细了解。
芯片的两种结构我们都知道芯片中的晶体管其实就是纳米级的场效应管，执行着开和关，也就是0和1的二进制操作，正常的场效应管有三个极性，分别为源极、栅极和门极。并且分为P沟道和N沟道两种类型，而门极就相当于开关一样，我们简单的讲解一下两者的工作原理：首先我们在保证源极的一直有电压， N沟道的场效应管在门极大于一定电压的时候，场效管便会导通工作，而P沟道的是相反的，当门极为低于电压的时候才工作，但P沟通的制作难度要大很多，损坏率高。所以一般常用的是N沟道类型的设计。
碳基芯片面临的困难1、碳纳米管的制作投入资金量大
碳纳米管的制作方法很多，但是基本工艺都只能保证在99.99%纯度，想要达到能制作芯片的要求，就必须要把碳纳米管提纯到99.9999% ，这个程度的碳纳米管才能保证生产的“碳基芯片”性能更加稳定。想要达到批量生产纯度99.9999%难度还是非常大的。但是相比制作高端光刻机来说，这个可能更容易突破一些，但是投入的研发资金也会是巨大的。