【行业资讯】走进石墨烯小世界之石墨烯芯片

当前组成现代电子信息技术集成电路芯片的器件单元，几乎全部由硅基晶体管构成，但其本身存在固有的短板-速度和散热。理论上，芯片的速度越快，发热量就越大，能量消耗也就越多，要解决这些问题，只能通过不断改进传统芯片的加工工艺，以缩短电子传输的距离。现如今，芯片制造方面几乎达到了摩尔定律的极限，而芯片工艺在3纳米以后想要再有突破就已十分困难了，显然传统芯片已经发展到了最后的阶段。

    碳基芯片与硅基芯片相比，在硬度、导电性和导热性等性能方面样样俱优。碳基芯片可以说是目前导热和导电最好，强度最强，重量最轻的芯片，其性能比传统的芯片提高了10倍以上，能使数据传输更快、更低功耗。

    碳基芯片有两个方向：“碳纳米管芯片”和“石墨烯芯片”。对于石墨烯芯片，与硅对比，石墨烯是最薄的纳米材料，厚度只有0.335nm；它也足够硬，比钢铁的强度高200倍。同时，石墨烯的导电性是硅的100倍，导热性比铜强10倍。石墨烯芯片可以做到1nm以下，同样的工艺制程，石墨烯芯片性能会更强，功耗会更低。

    我国近年碳基芯片方面也取得了一些成就。包括：北大在碳纳米管方向有所突破，已经研制出单片光电集成芯片；中科院的团队已经制造出8英寸的石墨烯晶圆，并且已经形成稳定的小批量生产。

    华为方面也传出重磅喜讯，其已经成功拿下石墨烯晶体管专利，根据提供的相关专利申请简介，其所申请的专利涉及半导体相关领域。据专家分析，石墨烯晶体管投入市场后，必将会带动我国半导体产业的发展，目前我国石墨烯晶圆的年产值约为300吨。

那石墨烯芯片的应用目前遇到哪些问题呢？

    首先，我们要提炼纯净的石墨烯，这是难点之一。目前来看，成本相当高，提纯1克需要5000元。

    其次，纯净的石墨烯没法做成逻辑电路，需要改良形态，或者加入新的材料，制造出有功能的结构，这是难点之二。

    比如，我们提到过的碳纳米管芯片，原理是把石墨烯改造成碳纳米管，以此来充当半导体，石墨烯充当导电沟道。现在的硅基芯片则不同，我们只需做提纯工作，地球上的硅元素太丰富了，成本也不高。纯净的硅晶片就是制造芯片的绝佳材料。

    第三，碳基芯片或许不需要光刻机，直接在石墨烯晶圆上切片、刻蚀和注入离子。可是，碳基芯片的量产落地，肯定也需要用到类似光刻机的高精度设备。

    所以真正解决以上问题，至少需要我们的科学家努力5-10年。石墨烯芯片的真正应用依旧任重道远！