國產碳基半導體打下基礎新奠基，造芯已然面向太空探索競賽

無厘頭小學弟

科技愛好者，優質創作者

不單單是誰有火箭、誰有衛星、誰能登月、誰有能力飛去火星…比的就是宇宙空間裏生存，比賽誰能在我們這個藍色地球以外呆得最久…而這一切都將依賴科技來打造，科技源於技術研發！技術實現源於芯片設計，而芯片設計好了就需要制造，制造需要材料：一種能進入太空並承受得住充滿未知的宇宙空間輻射考驗的材料——碳基半導體。

矽基半導體材料是很熟悉的了，全世界都芯片都圍繞著它瘋狂，但它的繼任者也出現了：碳基半導體以及碳化矽將是新的基礎材料，要發展就必須然要攻克和掌握。

國內首條碳化矽芯片量產生產線投資達160億，預計未來有望形成新的半導體材料千億產業鏈！

碳化矽的應用主要在大功率、高溫、高頻和抗輻射的半導體器件上，以滿足高壓、高頻、高功率、高溫以及抗輻射等半導體器件的應用需求。別的領域不說，往地球外跑，這些屬性可以說就是為了造火箭甚至造太空殖民地而准備的！

據悉：國內突破了6英寸高純半絕緣碳化矽單晶襯底的研制，成功打破技術封鎖，為國產碳化矽襯底的射頻器件以及電力電子器件領域帶來重要的推動作用。

與碳化矽不同，碳基半導體材料的應用就是芯片上的活了！國內碳基半導體研究成功突破抗輻照這一世界性難題，打下碳基芯片領域基礎。

全球頂級學術期刊《自然·電子學》，來自北京大學碳納米半導體材料研究團隊研發成果：一種可“抗輻射”的碳納米管晶體管和集成電路、可用於航天航空、核工業等有較強輻照的特殊應用場景。

你可能會問，都已經飛到月亮上去挖了土了，碳基礎材料現在研發，有必要嗎？現有的技術材料繼續升級補充不就可以了？

近太空還可以，但若論長久性，在太空裏生存的不僅是人，還需要堅實的科學壁壘做保護而這些科研成果也需要有生存能力：太空射線、高能粒子流會擊入芯片內部對芯片造成破壞，因此對核心CPU芯片就需要抗輻射加固設計。

輻射、極端溫度波動以及升空時的劇烈振動，還有惡劣的外太空環境都考驗著這些精密的電子產品。
離開地球大氣保護，射線粒子對敏感型電子產品的影響也會越來越大：高能粒子會對特別敏感的元件產生影響，進而產生瞬態電流或電壓峰值，運氣好的話重啟受影響的系統便可恢複，但長時間的負荷積累的便會導致不可逆轉的電路故障…在太空裏除了漏氣，機器壞了也要命的！

目前芯片的基礎材料是矽基材料為主流，但任何一種材料都會有它的物理極限，而矽的極限已經開始接近：5nm之後跨入3nm領域需要應對的問題是電路間隔漏電、功耗增加對良品率考驗加大尤其成本成倍上升。

目前進口宇航級CPU的動則數十萬，甚至高達上百萬的消耗可不是那麼容易消化的成本，所以說火箭貴是有原因的。

而矽基材料極限探底，碳納米材料被認為是最好的代替材料。碳納米管具有強碳-碳共價鍵、納米尺度橫截面積、低原子數等特點，可以用來發展新一代超強抗輻照集成電路技術。

1991年，由日本物理學家飯島澄男通過高分辨透射電子顯微鏡觀測時發現，在使用電弧法產生的碳纖維產物，意外發現了這份天賜之禮：碳納米管。

據悉碳基納米晶體管具有優異的電學性能化學穩定性好，適合用於高端電子學應用、光通訊電路應用等等，相比矽基材料具有更優異的半導體特性，具有5～10倍的速度和能耗優勢…

但夢想好歸好，現實的跨欄還是挺高。碳的提純是一道難關，而碳基納米晶體管制造芯片同樣遭遇瓶頸。

2017年，IBM研究將碳納米管晶體管尺寸推進40nm，直到目前最小碳納米管柵長停滯在20nm區域；

芯片應用上到2019年，由麻省理工學院研究人員攜手芯片制造商Analog Devices，合力制造出全球首個全功能、可編程的16位精簡指令集架構碳基處理器，並漂亮的打出了：你好，世界！我是RV16XNano，由碳納米管制成。

感覺仿佛回到石器時代，突然讓人想到喬布斯接受采訪時，聊過的關於初代MAC開發的趣事：“內存14K…”。

開始總是比較一般，但技術在不斷的累積，不難看出，全世界將會逐漸聚焦於碳基電子的研發，國內的團隊同樣如是，據悉：北京大學研究團隊在制備碳納米管方面取得了世界先進性成果，有望把芯片制程推進3nm以下！

這是一場競賽，國產造芯再矽基材料上沒有掌握先機，但碳基材料已經同步挺入，這是一個新領域，也是進入世界以外的基礎中的基礎打造，想要到太空裏造星辰海景房，就得把碳給拿下…