打破摩爾定律，“碳基芯片”會取代矽基芯片嗎？
不論是碳基集成電路還是矽基集成電路，壹般人了解這個根本沒什麽用處，即使其了解了壹些碳基集成電路和矽基集成電路的知識，想跟周圍的朋友們吹牛，也沒人對這類知識也不感興趣，並且掌握這類知識對於普通人來說，升職加薪毫無用處。
若對集成電路感興趣，建議還是學壹下各種集成電路的應用，以及如何更好的用集成電路來設計電子產品。
芯片壹直是國內 科技 業界關心我的熱門話題之壹，尤其是華為最近在芯片禁令上受到的困擾，讓人們更深刻的意識到，芯片技術自主可控的重要性。
近日，關於 “碳基芯片” 的消息在業內流傳，據悉，碳基集成電路技術被認為是最有可能取代矽基集成電路的未來信息技術之壹。有消息報道稱，北京大學電子系教授彭練矛帶領團隊采用了全新的組裝和提純方法，制造出高純半導體陣列的碳納米管材料，制造出芯片的核心元器件 —— 晶體管，其工作速度 3 倍於英特爾最先進的 14 納米商用矽材料晶體管，能耗只有其四分之壹。該成果於今年初刊登於美國《科學》雜誌。
（圖片源自 OFweek 維科網）
什麽是 “碳基芯片”
很多人聽說過 “矽基芯片”，但對 “碳基芯片” 的概念還是比較陌生。在了解 “碳基芯片” 之前，我們首先要弄清楚為什麽會出現這種理論技術。
20 世紀五、六十年代，集成電路發展開始提速，這是通過氧化、光刻、擴散、外延、蒸鋁等半導體制造工藝，把構成具有壹定功能的電路所需的晶體管、電阻、電容等元件及它們之間的連接導線全部集成在壹小塊矽片上，然後焊接封裝在壹個管殼內。以單晶矽為主的半導體集成電路，已經變得無處不在，成為整個信息技術的強大支柱。
進入 21 世紀以來，人們為了提高芯片性能，壹直按照 “集成電路上可容納的晶體管數量大約每隔 18 個月便會翻壹番，性能也將提升壹倍” 的規律提高單個芯片上晶體管的數量。但芯片尺寸越小，相關工藝難度也越高，尤其是在進入納米級別後，來自材料、技術、 器件和系統方面的物理限制，讓傳統矽基芯片的發展速度開始減慢。
因此，人們開始尋找新的方向、新的材料來替代矽基芯片，而采用碳納米晶體管就成為了兩種比較可行的方案之壹。為什麽選擇碳元素，這與其本身很多優質的特性有關。
資料顯示，用碳納米管做的晶體管，電子遷移率可達到矽晶體管的 1000 倍，也就是說碳材料裏面電子的群眾基礎更好；其次，碳納米管中的電子自由程特別長，即電子的活動更自由，不容易摩擦發熱。
理論上來說，碳晶體管的極限運行速度是矽晶體管的 5－10 倍，而功耗方面，卻只是後者的十分之壹。也就說，在更加寬松的工藝條件下，碳晶體管就能取得與矽晶體管同等水平的性能，這也是所謂 “碳基芯片” 出現的原因。
取代矽基芯片？沒有那麽簡單
隨著這些年碳納米管及納米材料研究的深入，相關工藝日趨成熟，實驗室中也成功地制造出碳晶體管，但是想要把這些單獨的碳晶體管大規模的組合連接在壹起形成壹塊完整的芯片，還是壹件很困難的事情。
目前科學家們已經通過化學方法，把單個的碳納米管放置在矽晶片上想要放的特殊溝道裏，但相比於芯片中能放置上千萬個矽晶體管的數量，科學家們最多只能同時放置幾百個碳納米管，遠遠無法投入商業化。其次，要想把碳晶體管排布在晶圓片上，需要更加精準的刻蝕技術。
有不少人認為，碳納米管技術會在接下裏的十年裏準備就緒，成為取代矽材料之後的芯片材料，屆時 “碳基芯片” 也將會成為未來的主流芯片。但矽基芯片好歹發展了這麽多年，有那麽容易被取代嗎？
有曾在 Fab 晶圓廠待過的工程師朋友告訴筆者，所謂的碳晶體管沒法量產，最大的原因在於，碳元素太活潑了而且介電常數又低。此外，技術障礙只是壹方面，成本及成品率的問題同樣難以克服。
早在去年 9 月，美國 MIT 團隊就開發出了第壹個碳納米管芯片 RV16XNano，並執行了壹段程序輸出：“hallo world！”
據悉，這個碳納米管芯片內部擁有 14000 個晶體管，具備 16 位尋址能力，采用 RISC－V 指令集，但其相比當前的芯片來看，性能並不突出。其芯片頻率僅 1MHz，大約是 30 年前的水平。再看看現在矽基芯片大佬們堅持的路線，從 10nm 到 7nm，再到 5nm／3nm，他們始終堅信矽基芯片還有繼續突破的空間。
碳基芯片可以補充矽芯片不足，開拓壹定市場，替代還早，更莫談打破摩爾定律，矽片己經打破摩爾定律，好日子到頭。
成功了在說