中國芯將迎來轉折點,可用於2nm工藝的材料被確認,國內儲量豐富

科技     2021年10月25日

今天跟大家聊一聊:中國芯將迎來轉折點,可用於2nm工藝的材料被確認,國內儲量豐富!

中國芯將迎來轉折點,可用於2nm工藝的材料被確認,國內儲量豐富

三星以及台積電都已經實現了對於5nm晶片的成熟量產,目前也在加大對於3nm晶片的研發力度,越先進的製程工藝,就意味著越接近摩爾定律極限,在7nm到5nm的工藝升級中,就已經在更小的晶片體積中,實現了對於晶體數量的翻倍,而5nm繼續升級到3nm工藝,又將是一個嚴峻的考驗。

以矽基為基礎材料製造的晶片,幾乎已經達到了上限,根據相關數據顯示,雖然5nm的晶片在晶體數量上要比7nm多了一倍,但是在相關性能上並沒有很大的差距,而且還帶來了更大的功耗,導致運用到手機上之後,出現了發熱嚴重、耗電量快等等問題,雖然隨後台積電進行了工藝升級,但並沒有完全解決問題。

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顯然繼續以矽基為基礎製造晶片的話,是很難滿足未來的需求的,目前各個國家都在尋找可替代的半導體材料,這也被當做了中國芯扭轉局勢的關鍵,而中國在這方面已經找到了很多可替代的方案,類似石墨烯、光量子晶片等等,都是備選方案之一。

摩爾定律是否存在

晶片工藝每升級一次,就意味著電晶體數量也會隨之翻倍,以目前全球整體的科研水平來分析,當電晶體的數量達到一定的量級之後,肯定會有一個上限,而這種上限是我們這個時代沒有辦法突破的,因此只能選擇尋找性能更好的材料,才能夠真實有效的打破這種困境。

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其實早在14納米時代,就有人提及摩爾定律極限的問題,但隨著3nm的製程工藝即將突破,很多人也開始提出了質疑,摩爾定律究竟存不存在呢?

按照台積電的計劃,最遲將會在明年的下半年,實現對於3nm晶片的成熟量產,目前所有的產能都已經被蘋果以及英特爾預定了,而三星很早之前就傳出了已經成功流片的消息,但隨後並沒有任何消息傳出,這也間接說明了摩爾定律還是真實存在的,3nm晶片是否是極限,目前也不好斷言。

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可用於2nm工藝的材料被確認

目前唯一可以肯定的是,矽基晶片即將面臨物理規則的限制,而2nm或許就是矽基晶片的終點了,如何打破這個限制,一直都是全球半導體行業面臨的大問題。

在此前的全球IEEE國際晶片導線技術會議上,專家總結了四種可延續的摩爾定律方式,而石墨烯滲透到了每一種方案當中,最終也得出結論想要突破2nm晶片的限制,必須要用到石墨烯,因此石墨烯也被認定為了全新一代的新型半導體材料。

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而實際上石墨烯材料,就是通過石墨烯製取的碳基晶片,目前矽基晶片面臨的最大問題就是功耗大、散熱慢,性能越強這些問題就越嚴重,而根據實驗室得出的數據,石墨烯材料可以很好的解決這些問題,作為一種二維碳材料,石墨烯擁有著出色的導電性和高導率,這都是晶片應用過程中所需要的。

而且碳基晶片還有一個很重要的優勢,那就是即使在相同的製程工藝下,碳基晶片所表現出來的性能,要比矽基晶片強了好幾倍,在穩定性上面也要優於矽基晶片,或許有可能擺脫對於EUV光刻機的限制,因此對於中國晶片領域來說,或將成為一個重要的轉折點。

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中國芯或將迎來轉折點

矽基晶片是由美國主導的技術,主要的原材料來自於沙子,提取到矽元素之後製成矽片,最終在打造成晶圓,通過光刻機進行一系列複雜的步驟,最終形成了我們所使用的晶片成品,但由於本身我們工業起步就比較晚,對於這項技術他們更是對我們嚴防死守,才造成了如今高度依賴于海外晶片的困境。

現如今我們想要在矽基晶片技術上進行趕超,顯然是不太可能的,因此我們只能另闢蹊徑,而碳基晶片就是一個很好的轉折點,如果我們能夠抓住這個機會,是有很大機會可以實現逆襲的。

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早在去年10月份的時候,中科院就已經製取出了八英寸的石墨烯晶圓,經過實測在各方面的性能表現上都非常的優異,而在石墨烯領域中國所取得的成績也是最多的,目前各大高校以及優秀半導體企業,也都相繼加入到了技術突破當中,在這方面我們還是擁有著絕對的優勢的。

國內原材料儲量豐富

雖然自取矽基晶片的原材料很多,但對於提純的技術要求非常高,這才導致了矽基晶圓的稀缺,而對於石墨烯晶片的製取,我們國家擁有著非常大的優勢,國內擁有著非常豐富的石墨礦產資源,已探明的石墨礦總數量占到了全球總量的75%,在產能上也達到了72%,這將非常有利於國內石墨烯晶片技術的發展。

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如果能夠成功利用石墨烯製取出晶片,那麼憑藉著擁有大量的原材料,我們將成為晶片領域的新領航者,就算國外的技術能夠趕超我們,但如果他們沒有足夠的原材料,那最終的主動權還是掌握在我們手上,後摩爾時代的轉折點已經出現了,如果我們能夠抓住這個機會,就能實現全面的趕超。

石墨烯材料能否打破摩爾定律

雖然目前對於石墨烯晶片,很多的數據都是建立在理論上的,而市面上可替代的半導體材料並非只有石墨烯,還有氮化鎵,碳化矽等等,這些材料都已經在實驗室里得到了不錯的驗證,但相對而言其它材料的製備過程異常的複雜,而石墨烯取材方便、提純工藝也沒有那麼複雜,是目前最為理想的材料。

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石墨烯能否打破摩爾定律,至今我們也不好下絕對的定論,因為石墨烯晶片的性能是矽基晶片的好幾倍,也就意味著僅僅是28nm的工藝,就有可能比肩現今矽基晶片的7nm或者5nm,最終的結果我們也只能進行等待了,對此你們又是怎麼看的呢?