“中国芯”梦想更进一步！我国碳基半导体技术取得关键性突破

北京元芯碳基集成电路研究院宣布，由该院中国科学院院士北京大学教授彭练矛和张志勇教授带领的团队，经过多年研究与实践，解决了长期困扰碳基半导体材料制备的瓶颈，如材料的纯度、密度与面积问题。他们的这项研究成果已经被收录在今年5月22日的《科学》期刊“应用物理器件科技”栏目中。

碳基技术是发达国家一直研发预替代硅基的新技术

据中国电子报消息，目前，大到航空航天、金融保险、卫生医疗等领域，小到智能手机、家用电器等数码家电所使用芯片绝大部分采用硅基材料的集成电路技术，该项技术被国外厂家长期垄断，国内电子产品所需要的芯片则大多依赖进口。据统计，中国每年进口芯片的花费高达3000亿美元，甚至超过了进口石油的花费。

“采用硅以外的材料做集成电路，包括锗、砷化钾、石墨烯和碳，一直是国外半导体前沿的技术。而碳基半导体则具有成本更低、功耗更小、效率更高的优势，更适合在不同领域的应用而成为更好的半导体材料选项。我们的碳基半导体研究是代表世界领先水平的。”彭练矛院士说。

以企业应用为例：与国外硅基技术制造出来的芯片相比，我国碳基技术制造出来的芯片在处理大数据时不仅速度更快，而且至少节约30%的功耗。碳基技术在不久的将来可以应用于国防科技、卫星导航、气象监测、人工智能、医疗器械等多重领域。由于碳基材质的特殊性，它能让电路做到像创可贴一样柔软，这样的柔性器械，如果应用于医疗领域将使患者拥有更加舒适的检查体验；因碳基材质特点，在一些高辐射、高温度的极端环境里，采用碳基技术制造出的机器人将更好的代替人类执行危险系数更高的任务；谈到个人应用：碳基技术若应用到智能手机上，因其拥有更低的功耗，将使待机时间更加延长。“现在我们用手机看电影3个小时的可能就没电了。若将手机植入碳基技术的芯片，至少可以看上9个小时的电影都不会断电，且手机开多少个程序都不会出现卡顿。”北京元芯碳基集成电路研究院研发部负责人许海涛说。

据了解，碳基技术也是发达国家一直研发预替代硅基的新技术。由于我国碳基技术起步较早，目前的技术是基于二十年前彭练矛院士提出的无掺杂碳基CMOS技术发展而来，近年来取得了一系列突破性的进展，极大地提升了我国在世界半导体行业的话语权。

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此前，美国威斯康辛大学米尔沃基分校的科学家也发现了一种全新的碳基材料――一氧化石墨烯，其由碳家族的神奇材料石墨烯合成，该半导体新材料有助于碳取代硅，应用于电子设备中。

据了解，石墨烯的导电、导热性能极强，远超硅和其他传统的半导体材料，科学家认为石墨烯未来有望取代硅成为电子元件材料。我国“十三五”材料科技创新专项规划指出重点发展领域，石墨烯碳材料技术方面，关注单层薄层石墨烯粉体、柔性电子器件大面积制备技术，石墨烯粉体高效分散与高催化活性纳米碳基材料与应用技术。