你觉得下一个国际发展竞赛课题是什么?——太空殖民生存探索!

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不单单是谁有火箭、谁有卫星、谁能登月、谁有能力飞去火星…比的就是宇宙空间里生存,比赛谁能在我们这个蓝色地球以外呆得最久…而这一切都将依赖科技来打造,科技源于技术研发!技术实现源于芯片设计,而芯片设计好了就需要制造,制造需要材料:一种能进入太空并承受得住充满未知的宇宙空间辐射考验的材料——碳基半导体。

硅基半导体材料是很熟悉的了,全世界都芯片都围绕着它疯狂,但它的继任者也出现了:碳基半导体以及碳化硅将是新的基础材料,要发展就必须然要攻克和掌握。

国内首条碳化硅芯片量产生产线投资达160亿,预计未来有望形成新的半导体材料千亿产业链!

【碳化硅的应用主要在大功率、高温、高频和抗辐射的半导体器件上,以满足高压、高频、高功率、高温以及抗辐射等半导体器件的应用需求。】别的领域不说,往地球外跑,这些属性可以说就是为了造火箭甚至造太空殖民地而准备的!

据悉:国内突破了6英寸高纯半绝缘碳化硅单晶衬底的研制,成功打破技术封锁,为国产碳化硅衬底的射频器件以及电力电子器件领域带来重要的推动作用。

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与碳化硅不同,碳基半导体材料的应用就是芯片上的活了!国内碳基半导体研究成功突破抗辐照这一世界性难题,打下碳基芯片领域基础。

全球顶级学术期刊《自然·电子学》,来自北京大学碳纳米半导体材料研究团队研发成果:【一种可“抗辐射”的碳纳米管晶体管和集成电路、可用于航天航空、核工业等有较强辐照的特殊应用场景。】

你可能会问,都已经飞到月亮上去挖了土了,碳基础材料现在研发,有必要吗?现有的技术材料继续升级补充不就可以了?

近太空还可以,但若论长久性,在太空里生存的不仅是人,还需要坚实的科学壁垒做保护而这些科研成果也需要有生存能力:太空射线、高能粒子流会击入芯片内部对芯片造成破坏,因此对核心CPU芯片就需要抗辐射加固设计。

辐射、极端温度波动以及升空时的剧烈振动,还有恶劣的外太空环境都考验着这些精密的电子产品。离开地球大气保护,射线粒子对敏感型电子产品的影响也会越来越大:高能粒子会对特别敏感的元件产生影响,进而产生瞬态电流或电压峰值,运气好的话重启受影响的系统便可恢复,但长时间的负荷积累的便会导致不可逆转的电路故障…在太空里除了漏气,机器坏了也要命的!

目前芯片的基础材料是硅基材料为主流,但任何一种材料都会有它的物理极限,而硅的极限已经开始接近:5nm之后跨入3nm领域需要应对的问题是电路间隔漏电、功耗增加对良品率考验加大尤其成本成倍上升。

目前进口宇航级CPU的动则数十万,甚至高达上百万的消耗可不是那么容易消化的成本,所以说火箭贵是有原因的。

而硅基材料极限探底,碳纳米材料被认为是最好的代替材料。碳纳米管具有强碳-碳共价键、纳米尺度横截面积、低原子数等特点,可以用来发展新一代超强抗辐照集成电路技术。

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1991年,由日本物理学家饭岛澄男通过高分辨透射电子显微镜观测时发现,在使用电弧法产生的碳纤维产物,意外发现了这份天赐之礼:碳纳米管。

据悉【碳基纳米晶体管具有优异的电学性能化学稳定性好,适合用于高端电子学应用、光通讯电路应用等等,相比硅基材料具有更优异的半导体特性,具有5~10倍的速度和能耗优势…】

但梦想好归好,现实的跨栏还是挺高。碳的提纯是一道难关,而碳基纳米晶体管制造芯片同样遭遇瓶颈。

2017年,IBM研究将碳纳米管晶体管尺寸推进40nm,直到目前最小碳纳米管栅长停滞在20nm区域;

芯片应用上到2019年,由麻省理工学院研究人员携手芯片制造商Analog Devices,合力制造出全球首个全功能、可编程的16位精简指令集架构碳基处理器,并漂亮的打出了:【你好,世界!我是RV16XNano,由碳纳米管制成。】

感觉仿佛回到石器时代,突然让人想到乔布斯接受采访时,聊过的关于初代MAC开发的趣事:“内存14K…”。

开始总是比较一般,但技术在不断的累积,不难看出,全世界将会逐渐聚焦于碳基电子的研发,国内的团队同样如是,据悉:【北京大学研究团队在制备碳纳米管方面取得了世界先进性成果,有望把芯片制程推进3nm以下!】

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这是一场竞赛,国产造芯再硅基材料上没有掌握先机,但碳基材料已经同步挺入,这是一个新领域,也是进入世界以外的基础中的基础打造,想要到太空里造星辰海景房,就得把碳给拿下…