中芯国际辟谣石墨烯晶圆EUV光刻机是必需品碳比硅制程难度高

发布时间:2023-09-06 作者: 技术文档

  ,除非倒退几十年开始研究、投用。有了碳基芯片,中国芯片代工商就不需要EUV光刻机了吗?答:

  我是柏柏说科技,资深半导体科技爱好者。本期为大家带来的资讯是:中芯国际辟谣石墨烯晶圆“弯道超车”谣言。带大家科普、解析的是:为什么碳基芯片难以商用?碳基芯片制程难度为何高于硅基芯片?对比硅芯片,碳芯片有何优势?

  2021年5月24日,中芯国际客户互动平台。中芯国际对客户提出的:“贵司是否愿意与中科院合作研发石墨烯碳基芯片项目”的问题作出回应。中芯国际表示:“公司目前业务未涉及石墨烯晶圆领域”。这也打消了早先网上流传的有关于“中芯国际可以依靠石墨烯芯片,在半导体领域中弯道超车”的谣言。

  补充一点,中科院团队只是说过:“我国的石墨烯晶圆技术位于世界领先水准”。并未说过类似于“我国是世界上唯一能够生产8英寸石墨烯晶圆”的话语。这只是某些不靠谱新闻媒体报道的,真实可靠性不高,因此大家别被误导。此外,据中科院官方消息:石墨烯晶圆技术正在发展中。

  既然我们在碳基领域中,处在业界前沿水平。中芯国际为什么没有开展石墨烯晶圆项目呢?答:市场、成本、技术。

  虽说摩尔定律能够支撑、促进硅芯片发展的时日并不多,但硅产品在很久内,依旧会处于业界主导地位。目前碳基芯片只是新型概念,并没有实际成品。商品形成竞争力需要时间,需要客户积累,企业的最终目的是盈利,考虑到当前的资金营收,中芯国际暂未开启石墨烯项目。

  成本、技术则更好理解。想要生产、研发碳基芯片,就必须有一套与之相匹配的生产链与技术人员,这便产生了额外的成本。当前半导体领域有关于芯片资源的竞争十分激烈,放弃大好市场资源,投入大量人力、财力选择一个尚未成型的市场项目,显然是不明智的。

  更何况这是在美国对我国半导体行业实行技术限制、市场制裁的大背景下,中芯国际很难做到既兼顾解决国内芯片自给问题,又做好石墨烯晶圆的新项目研究。即便可以,资金也是一大问题,更何况技术成熟需要时间。正是因为这些原因,中芯国际目前并未开启石墨烯晶圆项目。

  对于碳基芯片,可能大伙早先会有这样的误解,即“碳芯片的制程难度低于硅芯片”。但实际上却不是这样,如果单从容量来看,碳芯片的制程难度的确是比硅芯片低。这是因为碳芯片可容纳晶体管数量要高于硅芯片,碳晶圆的晶体管架空性要优于硅晶圆。

  不可否认,与硅基芯片相比,碳基芯片的优势很大。与硅管晶体管相比,碳管晶体管的极限工作速度比硅管晶体管快5~10倍。在具备同样性能的前提下,碳芯片功耗是硅芯片功耗的十分之一。至于功耗低的原因,是因为碳具备比硅芯片更高的导电性与热塑性。

  但是物极必反,碳晶体管本身较高的导热性与电子活泼性,提高了芯片厂商对芯片自主可控电阻、电流的难度。这是因为碳原子有4个自由的电子,且碳芯的分离还原性与接收电子氧化性之间的差距并不大,这又导致碳晶体管的内部结构十分不稳定。

  补充一点,硅本身是不导电的。之所以硅芯片能够适用于制成CPU,是因为单晶硅具有热敏性、光电性、可控性。简单来说单晶硅的电阻率能够最终靠热度(温度越高,电阻率越低)、光线(有光导电、没光不导电)以及向晶体管当中摄入微量杂质,改变导电性。这是电阻、电流可调控性带来的难题。

  另外一个难题是碳纳米管提纯度,碳纳米管的内部杂质很多。杂质多带来的不利影响是阻碍能源传导,增加晶体管功耗,而这让碳基芯片本身存在的低功耗优势荡然无存。这也是美国企业放弃碳基芯片的原因。

  针对碳纳米管杂质多的问题,中国北大教授彭练矛成功突破技术瓶颈,将碳纳米管的半导体纯度提高到99.99995%。这倒也给碳基芯片今后迈入商用阶段提供了可能性。看到这个地方,可能有些朋友会更疑惑了,既然能完成了突破,为啥说它现阶段难以投产呢?

  那是因为很多人都忽略了一点,以上成就都是在实验室内的环境中完成的。小规模生产还好,但如果是大规模量产的话,要求芯片代工厂商拥有像实验室一样的环境、技术条件,显然是不太现实的。这也是碳基芯片实际量产难度高于硅基芯片的原因。

  另外,针对网上传播的可避开EUV光刻机的谣言,真实度为零。碳芯片只是在同等性能的前提下,制程难度低于硅芯片。例如同为10纳米制程,碳芯片的性能大概是硅芯片性能的5到10倍。但不管是碳晶还是硅晶,要想生产7纳米及7纳米以下的芯片,现如今有且只有一条路,“EUV光刻机”。

  的确,我们在芯片领域中,有很多的路可以再一次进行选择。例如:西湖杭州团队的冰刻机、量子芯片等。但目前最能解决我国半导体行业“芯”疾的是EUV光刻机。我们在仰望星空的同时,也应该脚踏实地。祝愿国产半导体厂商愈发强大,早日掌握主动权。期待碳基芯片能够早日应用,助力国产半导体一骑绝尘。

  大伙认为石墨烯晶圆能否代替硅基芯片成为主要流行趋势呢?对于如今流行的“弯道超车”这个说法,大伙对其抱有怎样的态度呢?我是柏柏说科技,半导体资深科技爱好者。关注我,带你了解更多资讯,学习更多知识。

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