美国开始对中国芯片进行打压，中国碳基芯片能否实现全面超越？

目前，美国对中国的芯片产业可以说进行了全方位的打压，我们必须要承认一个事实，那就是中国在高端芯片领域还十分薄弱，在面对美国的芯片攻势时，中国还是处于非常明显的劣势。

有没有办法实现对美国半导体产业与技术的全面超越呢？那就只有终结美国开创的硅时代，这样才能实现芯片的全面领先。

1958年，杰克·基尔比将包括锗晶体管在内的五个元器件集成在一起，基于锗材料制作了一个叫做相移振荡器的简易集成电路，这标志着人类史上第一块集成电路诞生，相比于晶体管，集成电路具有微小型化、高集成化、低功耗、智能化和高可靠性等优点，，为开发电子产品的各种功能铺平了道路，并且大幅度降低了成本，使微处理器的出现成为了可能，开创了电子技术历史的新纪元，让我们现在习以为常一切电子产品的出现成为可能。

不过因为锗材料做的器件耐热性差，工作不稳定。锗是稀有材料，大批量生产困难。罗伯特·诺伊斯在杰克·基尔比的基础上，把眼光直接盯住硅－地球上含量最丰富之一的元素，商业化价值更大，成本更低。

自此大量的半导体器件被制造并商用，作为仙童半导体公司，英特尔创始人的诺伊斯，在硅谷掀起了一场新的电子革命，这场革命很快便扩散全球，半导体初创公司涌现，更多功能更强、结构更复杂的集成电路被发明，半导体产业由“发明时代”进入了“商用时代”。而硅也走上了历史舞台，诺伊斯也因此被称为“硅谷之父”。

然而随着芯片制程逐渐逼近极限，硅的缺陷也开始慢慢暴露，在越来越多的需要提高速度、减少延迟和光检测的应用中，硅正在达到其性能的极限，，各大半导体厂商对于3纳米以下的芯片走向都没有明确的答案。

事实上，芯片业界已经接受了晶体管尺寸接近下限的现实，并已经为摩尔定律的终结做了准备。今年早些时候，美国半导体工业协会(Semiconductor Industry Association)——成员包括英特尔、AMD和GlobalFoundries——发表了一份报告。这份报告宣称，到2021年，硅晶体管尺寸的缩小将不再是一件经济可行的事情。取而代之的是，芯片将以另一种方式发生变化。

那就是寻求一种“毫伏开关”——一种在计算速度上不亚于硅晶片，但发热量显著低于硅的材料。目前新的芯片革命正在酝酿，新材料将通过全新物理机制实现全新的逻辑、存储及互联概念和器件，推动半导体产业的革新，芯片设计厂商、芯片设备厂商、晶圆加工厂商原有的垄断格局将彻底打破，所有的技术积累都将全部清零，主导国家将会获得新一代技术控制权。

由于科学家并不能确定什么样的材料能够替代硅，所以提出了许多的方案，比如石墨烯、碳纳米管、碳化硅、氮化镓等。甚至有些科学家提出在保留硅材料的前提下，也就是从架构的角度将硅材料以全新的方式进行配置，比如走向3D：既然可以将电路蚀刻到硅平面的表面，为何不试试打造成“摩天大楼”，将表面已经蚀刻进电路的薄硅片堆积起来呈立体的形状？

中国则提出了利用碳纳米管来取代硅的方案，科学界普遍认为碳纳米管自身的材料性能远优于硅材料，碳管晶体管的理论极限运行速度可比硅晶体管快5～10倍，而功耗却降低到其1/10，因此是极佳的晶体管制备材料，这也是为什么中国会研究碳纳米管的原因。

但碳纳米管由于内部充满杂质，将会失去原本具有运行速度快的优势，同时还增加晶体管的功耗，相较传统的硅材料彻底失去竞争力。在技术难题面前，众多美国企业选择了放弃。

但中国北大彭练矛教授课题组发展全新的提纯和自组装方法，制备高密度高纯半导体阵列碳纳米管材料，并在此基础上首次实现了性能超越同等栅长硅基CMOS技术的晶体管和电路，展现出碳管电子学的优势。该课题组采用多次聚合物分散和提纯技术得到超高纯度碳管溶液，并结合维度限制自排列法，在4英寸基底上制备出密度为120/μm、半导体纯度高达99.99995%、直径分布在1.45±0.23 nm的碳管阵列，从而达到超大规模碳管集成电路的需求。这也标志着中国碳基芯片已经具备批量化制备的可能性。在芯片革命中处于第一梯队。

彭练矛教授认为：

如果中国可以率先实现碳基芯片量产商用，那么中国将会在新一代材料革命中将占据主导优势，举一个例子，我们中国一直以来无法造出的EUV光刻机，如果中国碳基芯片能够取代美国硅芯片，那么晶圆的生产工艺就不一样了这就是另外一套玩法，我们就可以绕过EUV光刻机，研发其他的设备来制造生产光刻机，或者说，即使还需要光刻机，同性能的硅基芯片，对光刻机的精度要求没有这么高，甚至对光刻机的工艺要求也不一样，那ASML的市场垄断就会被打破，以中国的科技发展，完全可以实现国产化。

可以确定的是，硅芯片的极限在1nm左右，而碳基芯片可以做到1nm以下，硅基时代终结是迟早的事情。就看中国能否抢夺到主导权来。而这还需要中国半导体企业的配合，只有他们将碳基芯片运用于实际之中，碳基芯片才可以得到长足发展，从而形成一个完善的生态链。