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彭練矛院士：15年后碳芯片技術(shù)有望成為主流技術(shù)芯片
2005年，Intel先進器件研究組發(fā)表的一篇文章指出，他們發(fā)現(xiàn)采用傳統(tǒng)的半導(dǎo)體摻雜工藝無法制備出性能超越硅基CMOS的碳納米管器件。2006年，Intel公開宣布放棄碳納米管方案。彭練矛告訴記者，由于了解到采用傳統(tǒng)摻雜方式無法制備出超越硅基技術(shù)的集成電路，他所在的團隊很早就開始探索無摻雜技術(shù)。2007年，該團隊在碳納米管CMOS集成電路無摻雜制備方面取得了突破，2017年將碳基器件的尺寸縮減到5納米水平，其器件性能接近理論極限，綜合指標超越了硅基器件的十余倍。到了2020年，該團隊在規(guī)模用高性能碳納米管集成電路用材料的研究過程中再次取得了重要突破，首次達到大規(guī)模碳基集成電路用碳納米管陣列所需的純度和密度，并采用這種材料首先實現(xiàn)了性能超越硅基集成電路，電路的頻率超過了8GHz，比之前世界上最好的、由IBM團隊2017年創(chuàng)造的280MHz的頻率提升了幾十倍。
“15年之后碳芯片技術(shù)有望成為主流芯片技術(shù)”
“在實驗室，我們和美國的同事們已經(jīng)證明了碳納米管晶體管相較最先進的硅基晶體管有十余倍的綜合優(yōu)勢。此外，基于碳納米管晶體管技術(shù)所能構(gòu)建的三維芯片框架，能把芯片性能成百上千倍地提高。”彭練矛表示，雖然目前最復(fù)雜的碳納米管芯片的集成度只有幾萬個晶體管，與先進的硅基芯片的上百億個晶體管相比有天壤之別。但是，碳納米管技術(shù)能夠提供的芯片性能也是硅基芯片遠遠不可能達到的。與硅基半導(dǎo)體技術(shù)相比，目前碳基技術(shù)的集成成熟度還不夠，需要國家大力推進。
談及碳芯片技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化，彭練矛表示，首先需要投入資金和時間，沒有類似硅基集成電路千億元量級的投入和10-15年的研發(fā)時間，碳芯片技術(shù)是不可能成熟的。在這些前提條件下，碳芯片產(chǎn)業(yè)化應(yīng)該會在一些傳統(tǒng)半導(dǎo)體技術(shù)不太適合的領(lǐng)域率先得到發(fā)展，例如對于未來互聯(lián)網(wǎng)至關(guān)重要的高性能薄膜和傳感電子,包括柔性可穿戴電子等領(lǐng)域；其次是目前傳統(tǒng)半導(dǎo)體技術(shù)夠不著的亞毫米波乃至太赫茲電子技術(shù)，特別是未來6G技術(shù)所需的能夠在90GHz以上頻段使用的集成電路技術(shù)。
“我國發(fā)展碳芯片面臨的最大挑戰(zhàn)不是來自技術(shù)，而是一個最根本的判斷：硅基半導(dǎo)體技術(shù)可以一直走下去，再主導(dǎo)芯片技術(shù)幾十年，而在這個過程中我國成功逆襲取得硅基芯片技術(shù)主導(dǎo)權(quán)。但未來芯片技術(shù)的發(fā)展情況可能不是這樣。”彭練矛認為，在國家重視且科研經(jīng)費充足的情況下，預(yù)計3-5年后碳基技術(shù)能夠在一些特殊領(lǐng)域得到小規(guī)模應(yīng)用；預(yù)計在未來10-15年的時間內(nèi)，硅碳融合技術(shù)將成為主流；預(yù)計15年之后碳基芯片有望據(jù)其高性能、低功耗和多樣性的優(yōu)勢，隨著產(chǎn)品更迭逐漸成為主流芯片技術(shù)?！拔覀兿嘈趴茖W(xué)，堅信既然科學(xué)已證明碳基芯片的天花板要遠遠高于硅基技術(shù)的天花板，而相應(yīng)地成百上千倍的芯片性能提升也足夠支持未來的信息技術(shù)繼續(xù)發(fā)展幾十年。即使面臨再大的困難，也值得去堅持?！?/span>