圖為碳納米管
最近中國科學院對外宣佈,中國科學家成功研發出了新型垂直納米環柵晶體管技術,有望用於半導體芯片的製造當中,據稱在這項技術用於芯片製造當中後,芯片的運行速度將比美國高通已有的產品快1000倍,並且它的成熟度已經很高,即將大批投入生產,看來國產芯片有望實現彎道超車,華為終於有希望了,但是對此有專家表示,實際情況可能比這些人的樂觀預期還有一些差距。
圖為碳納米管芯片
目前世界各國在生產半導體芯片時,採用的材料一般是高純硅,依靠硅材料本身的半導體特性在芯片上集成數目巨大的晶體管,而芯片規格當中所謂的多少納米,指的就是芯片中晶體管的大小尺寸,這個數字越小,單位面積上能夠集成的晶體管數目就越多,芯片的性能也就越優秀,但是由於硅元素本身的一些特性,在2nm這個級別的尺寸上晶體管的性能會受到影響,出現了一個難以突破技術瓶頸。
從目前的技術來看,突破這個技術瓶頸的手段是製造新元素芯片,比如以碳元素而非硅元素為材料的半導體芯片,用碳納米管取代硅晶體管,由於導電能力遠比硅芯片強,碳納米管的體積相比傳統的硅基晶體管優勢巨大,保守估計,採用碳納米管的芯片其計算能力將會是採用晶體管的芯片的千倍以上,而中科院能夠成功研發出新型垂直納米環柵晶體管技術,意味着中國已經摸到了信息時代下一次大變革的門檻,有望實現彎道超車。
圖為兩種不同的硅晶體管
其實這項技術並不是由中國首創的,早在2016年美國勞倫斯伯克利國家實驗室的一個團隊就已經掌握了這項技術,將晶體管制程縮減到了1nm,但是成功研發了這項技術的Max教授都對將碳納米管產業化不抱希望,認為至少在短期內碳納米管是根本沒有希望取代硅晶體管,成為計算機芯片的主流的,這次中國團隊在美國的基礎上將碳納米管芯片向產業化推進了巨大一步,但也面臨着很多難以突破的問題。
雖然相比硅晶體管,碳納米管具備更優異的電學性能,但是碳納米管的製備工藝非常複雜,在走出實驗室進入工廠車間之前,還要經過長時間的摸索確定一種性價比最高的大規模生產手段,同時碳納米管的性能還不成熟,哪怕在實驗室當中,碳納米管芯片的良率,電路的抗干擾能力和芯片的實際運算速度等性能都存在很大的劣勢,毫不客氣的説,目前技術條件還不具備任何大規模量產碳納米管芯片的能力。
圖為硅-石墨烯-鍺高速晶體管的結構模式圖
但碳納米管芯片畢竟代表着技術的發展方向,這次中國團隊的開發讓這種芯片具備了中等批量生產的能力,可以説在產業化方面已經邁出了巨大一步,相信在大力投入開發後不久,中國就能用上這款碳納米管芯片,從而在半導體發展之路上實現彎道超車。