如何看待中科院成功研製8英寸石墨烯單晶晶圓?

隨著晶元技術的不斷進步,傳統硅基晶元的工藝製程也即將到達摩爾極限,未來想要在硅基晶元領域再次獲得技術突破將會難上加難。但是,鑒於晶元在如今科技發展中的獨特地位和不可替代性,世界晶元強國為了維持自身在晶元半導體領域的技術領先優勢,大多數很早就已經開始了新的半導體材料研究。

如何看待中科院成功研製8英寸石墨烯單晶晶圓?

而在眾多新的半導體材料研究中,科學家們最終成功鎖定石墨烯材料,認為其是替代傳統硅基材料,成為製造晶元基礎材料的最佳選擇。相比於傳統硅基晶元,以石墨烯材料製成的晶元則被稱之為碳基晶元。

碳基晶元因其基底材料石墨烯具有高硬度、高導熱性以及高導電性等獨特的優勢特性,使得碳基晶元的穩定性和性能都要比傳統硅基晶元好上數十倍以上。獨特的性能優勢讓碳基晶元的研究開始進入常態化狀態,世界各國也很早就開始在該領域布局探索。

如何看待中科院成功研製8英寸石墨烯單晶晶圓?

中國是最早布局研究碳基晶元的國家之一,雖然我國在硅基晶元領域的研究起步較晚,且已處於落後狀態,但我們在碳基晶元領域的研究卻並不落後,甚至還頗有建樹,處於國際領先水平。

前段時間,在上海舉行的國際石墨烯創新大會上,中國中科院就向世界展示了最新研製的8英寸石墨烯單晶晶圓。該團隊表示:「無論是在產品尺寸,還是性能方面該產品均處於國際領先地位」,並且可以實現穩定的小批量生產。

如何看待中科院成功研製8英寸石墨烯單晶晶圓?

晶圓是生產晶元的前提,國產石墨烯單晶晶圓的成功問世標誌著我國碳基晶元的研製將引來重大突破。我們知道,傳統硅基晶元領域我國一直處於被技術封鎖狀態,因缺乏晶元設計、製造、封裝測試等完整的產業鏈環節,使得我國在該領域長期處於被「卡脖子」的狀態。但碳基晶元與硅基晶元不同,碳基晶元的製備難度並不大,關鍵碳基晶元並不依賴光刻機等高尖端設備,這對於現階段缺乏高端光刻技術的我國來說,無疑是全新的晶元發展方向。

如何看待中科院成功研製8英寸石墨烯單晶晶圓?

國產8英寸石墨烯單晶晶圓的成功問世,表明中國在該領域的研究已經處於世界領先位置,因為在眾多晶元研發強國之中,目前只有中國能夠研製出8英寸石墨烯晶圓,而這與中國在該領域的技術研發優勢密不可分。

早在2000年,北大彭練矛團隊就開始研究用碳納米管材料製備集成電路的方法;2017年彭練矛團隊研製出高性能5nm碳納米管,並成為當時世界上最小的高性能晶體管;2020年彭練矛團隊則研發出全新的提純和自組裝方法,可以製備出高密度、高純度半導體陣列的碳納米管材料。

石墨烯被稱為世界上最輕、最強、最薄的材料,目前的碳納米管製作就是通過石墨烯捲曲而成。而在石墨烯領域的技術研究,我國同樣處於世界第一梯隊。在該領域我國不僅申請的專利總數世界第一,而且我國的石墨烯年產量也已經突破300頓,意味著石墨烯的製備技術瓶頸對我國來說已不是難事,而這一切都很契合中國發展碳基晶元的需求。

如何看待中科院成功研製8英寸石墨烯單晶晶圓?

國產8英寸石墨烯單晶晶圓的亮相是我國在晶元產業發展過程中探索出的一條新的破冰發展之旅,是突破西方晶元技術封鎖、自主創新,實現彎道超車的一條嶄新的科技創新之路。一旦碳基晶元技術成熟且可以實現量產,勢必會導致半導體領域重新洗牌,屆時整個晶元生產技術將會被推倒重建,無論之前的差距有多大,一切都將從頭開始。

如何看待中科院成功研製8英寸石墨烯單晶晶圓?

而中科院相關團隊的後續任務也很明確,就是進一步研究如何從石墨烯晶圓開始到實現碳基晶元的量產,一旦實現這個預期目標,中國在晶元領域將會獲得全新的地位,打破傳統硅基晶元的壟斷地位,從被動接收者搖身一變成為規則制定者。