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美芯片霸权岌岌可危!中国石墨烯技术获突破,碳基芯片或将问世

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弥牟旅行 2021-04-16 19:30

我国何时才能摆脱对国外芯片的依赖?“中国芯”又如何才能崛起?在受到光刻机限制的情况下,我们是否能研制出一款不需光刻机的新型芯片,以此打破美国芯片霸权?

大家好,这里是奇闻密探009,今天009给大家讲述的是一种有关于我国芯片变革的新型材料——石墨烯。

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石墨烯是一种由碳原子结构组成、拥有完美六边形的二维碳纳米材料,具有着优异的电学、力学、光学特性,在生物医学、微纳加工以及能源方面有着重要的应用前景,虽还未大范围地进行商用,但它却凭借着出色的特性被誉为世界最强晶体之一,在诸多领域都能起到重要作用。

不仅如此,石墨烯更是能作为新材料应用于雷达以及芯片领域上!

众所周知,芯片不仅象征着一个国家的科技实力,更是决定国家核心竞争力的关键因素,因此各国间的科技竞争也成了芯片与芯片的竞争,谁掌握了高端芯片技术,那么谁就能拥有更多的国际话语权。

然而在芯片领域,我国早先秉承着“造不如买”的理念,因此在研发上落后海外各国有着近两三代的差距,对此我国科研人员另辟蹊径,不再于常规的硅基芯片中与他国争锋,反而研发碳基芯片,并在材料的选择上大胆的沿用石墨烯。

相比其他碳基材料,石墨烯强度是钢的200倍,但电阻率却只有10-6Ω·CM,比铜少1000倍,电子迁移率更是超过15000cm2/V·s,比硅高100倍,同时它的导热系数高达5300W/M·K,比银高10倍。

高强度、高导电、高导热等特性让石墨烯一举成为碳基芯片的主流材料,所制成的石墨烯芯片相比硅基芯片在稳定性以及性能上更是有数十倍的提升。

理论上石墨烯芯片各方面数据足以碾压硅基芯片,但在实际研发上,当时的石墨烯有着一个难以解决的问题:无法实现超导。

石墨超导问题在此前的科技领域中是无数科研人员为之头疼世界难题,而就当石墨烯芯片研发中断,即将被迫停止时,一个名为曹原的中国天才少年出现,打破了这一僵局!

2018年,年仅22岁的曹原在国际科研杂志《自然》中发布了两篇有关于石墨烯超导的论文,讲述了他在一次实验中将两层上下堆叠的石墨烯扭出约1.1度的偏移后,放置在低温环境下诱导出了石墨烯的超导特性以及在堆叠扭转后如何从高温下的母态演变出低温下的变化。

而曹原的发现无异于打开了一条全新的道路,因此在2018年他被评为“世界十大科学研究人物”之一,更是被《自然》赞誉为“石墨烯的驾驭者”。

基于曹原在石墨烯超导方面的突破,2020年10月国际石墨烯创新大会上,中科院向世界各国展现我国最新研发的8英寸石墨烯单晶晶圆,而它就是制造石墨烯芯片的必要条件,相比其他国,我国的石墨烯单晶晶圆在尺寸以及性能上更是处于国际领先地位。

当然我国于石墨烯方面的突破并不仅于此,2021年2月曹原在实验过程中发现石墨烯在进行三层堆叠,将中间层以1.56度进行扭转后,形成了一种新型的超导体,且超导性结构远比两层堆叠的石墨烯稳定且强大。

看到这想必你对于石墨烯的作用已经有一定的了解,那么你可知石墨烯芯片的问世对于我国而言有何种意义?

众所周知我国自主研发芯片之所以无法突破瓶颈,很大程度上是受到光刻机的限制,而高端光刻机又因美国从中作梗导致无法获取,那么避开光刻机研制芯片就成为了我国芯片崛起的“唯一捷径”。

石墨烯芯片不同于硅基芯片,它在制造的过程并不需要光刻机,这对于现阶段缺乏设备的我国而言,无疑是个历史性的突破。

同时8英寸石墨烯单晶晶圆的成功问世,也象征着我国在石墨烯芯片研发领域中做到了世界顶尖,之后若是大规模的商用,我国将不再依赖国外进口芯片,走上自产自销甚至对外出口的道路,不仅如此,石墨烯芯片的发展势必会进一步推动我国智能化、数字化的进程。

当然这一切目前仍处于展望未来的阶段,当下我国在石墨烯芯片的研发上虽获得不小的突破,但想彻底实现大规模商用、赶超国外,在石墨烯提炼方面仍存在不小的障碍。

当前石墨烯的提炼方式主要有两种:化学方式和机械方式,其中机械方式包括取向附生法、加热SiC法和微机械分离法,化学式则包括解离法和还原法。

而这两种主流提炼方式中,机械方式提炼出来的石墨烯,有着厚度不均、制造单一厚度难度大,尺寸难以掌控的缺点,而化学方式提炼出的石墨烯,因本身会存在着一个物理变化的过程,会导致成品的优质率参差不齐,合格率受到影响。

所以在石墨烯大规模提炼方面我国仍有着不小的问题需要攻克,因此我国距离石墨烯芯片的商用还有着一段不小的距离。

当然如今凭借着我国于石墨烯领域的深入研究和突破,我们有理由相信在不久的将来石墨烯芯片将彻底问世,和美国芯片在国际中展开一场无形的“较量”!

那么对于我国石墨烯芯片的研发制作,你又有何见解呢?欢迎评论区中与009进行探讨,如若想了解更多相关科技知识,点赞转发关注,之后就有009带你领略我国科技强势崛起之路!

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