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我國碳基半導體制備材料取得關鍵性突破
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5月26日,北京元芯碳基集成電路研究院宣布,由該院中國科學院院士北京大學教授彭練矛和張志勇教授帶領的團隊,經過多年研究與實踐,解決了長期困擾碳基半導體材料制備的瓶頸,如材料的純度、密度與面積問題。他們的這項研究成果已經被收錄在今年5月22日的《科學》期刊“應用物理器件科技”欄目中。

目前,大到航空航天、金融保險、衛生醫療等領域,小到智能手機、家用電器等數碼家電所使用芯片絕大部分采用硅基材料的集成電路技術,該項技術被國外廠家長期壟斷,國內電子產品所需要的芯片則大多依賴進口。據統計,中國每年進口芯片的花費高達3000億美元,甚至超過了進口石油的花費。

北京大學電子系教授張志勇 圖丨中國電子報

“采用硅以外的材料做集成電路,包括鍺、砷化鉀、石墨烯和碳,一直是國外半導體前沿的技術。而碳基半導體則具有成本更低、功耗更小、效率更高的優勢,更適合在不同領域的應用而成為更好的半導體材料選項。我們的碳基半導體研究是代表世界領先水平的。”彭練矛院士說。

以企業應用為例:與國外硅基技術制造出來的芯片相比,我國碳基技術制造出來的芯片在處理大數據時不僅速度更快,而且至少節約30%的功耗。碳基技術在不久的將來可以應用于國防科技、衛星導航、氣象監測、人工智能、醫療器械等多重領域。由于碳基材質的特殊性,它能讓電路做到像創可貼一樣柔軟,這樣的柔性器械,如果應用于醫療領域將使患者擁有更加舒適的檢查體驗;因碳基材質特點,在一些高輻射、高溫度的極端環境里,采用碳基技術制造出的機器人將更好的代替人類執行危險系數更高的任務;談到個人應用:碳基技術若應用到智能手機上,因其擁有更低的功耗,將使待機時間更加延長。“現在我們用手機看電影3個小時的可能就沒電了。若將手機植入碳基技術的芯片,至少可以看上9個小時的電影都不會斷電,且手機開多少個程序都不會出現卡頓。”北京元芯碳基集成電路研究院研發部負責人許海濤說。

高密度高純半導體碳納米管陣列的制備和表征 圖丨北京元芯碳基集成電路研究院

據了解,碳基技術也是發達國家一直研發預替代硅基的新技術。由于我國碳基技術起步較早,目前的技術是基于二十年前彭練矛院士提出的無摻雜碳基CMOS技術發展而來,近年來取得了一系列突破性的進展,極大地提升了我國在世界半導體行業的話語權。

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