碳基芯片是什么？碳基芯片的性能是硅基芯片的多少倍？

1. 碳基芯片是什么？碳基芯片的性能是硅基芯片的多少倍？

碳基芯片就是石墨烯芯片，碳基芯片的制作工艺而碳基半导体芯片用到的是碳纳米管或石墨烯，碳纳米管和石墨烯的制备过程跟硅基晶体管的制备方法有着本质的差别，两者的主要原料是石墨，目前生产工艺可以通过电弧放电法、激光烧蚀法等多种方式制成。所以碳基芯片电路的加工一定不会用到光刻机。碳基芯片的性能将是普通芯片的10倍以上。众所周知我国的芯片技术是落后于国外的芯片技术，我国的电子控制核心得芯片大部分都需要进口，电子行业的现状就是，最好的芯片在美国，其次是日本，欧洲，再次是韩国，差一点的是台湾。什么华润，中芯之类的，人家是帮国外低端芯片作代工的。当然，在批发市场那些廉价的，用几个月就坏的小玩具或者遥控器里面，是有国产的芯片。不得不说我国的芯片技术还有很大一个提升空间。现在，我国在碳基芯片上取得了不小的成果，碳基芯片区别于传统硅基芯片，碳基芯片从一种高级的纳米工业技术中产生。碳基芯片和硅基芯片相比，性能或将提升 10 倍，据研究表明，同等工艺制造当中，碳基芯片表现出的优势要远远强于硅基芯片。碳基芯片的延展性非常强，它可以做到普通芯片难以做到的事，比如可以用于一些折叠设备，而且重要的一点是，碳基芯片不需要光刻机也能完成制造，而且碳基芯片的用处可用于更加广泛的领域当中。我国的芯片技术虽然落后于西方，但是在我们不断的努力和坚持下，我们也研发了了碳基芯片，国外对于碳基芯片还没有一丝的进展，对于碳领域上，我国已经领先于西方国家，而且碳基芯片可能超过他们。希望我国的技术越来越发达，争取超越西方国家，打击他们嚣张的气焰。

2. 碳基芯片是什么？碳基芯片的性能是硅基芯片的多少倍？

碳基芯片是以碳纳米管、碳化硅石墨烯等材料为核心的碳基芯片，碳基芯片的性能可能是硅基芯片10倍以上。
碳基芯片区别于传统硅基芯片，碳基芯片从一种高级的纳米工业技术中产生。碳基芯片和硅基芯片相比，性能或将提升 10 倍，据研究表明，同等工艺制造当中，碳基芯片表现出的优势要远远强于硅基芯片。

碳基芯片的延展性非常强，它可以做到普通芯片难以做到的事，比如可以用于一些折叠设备，而且重要的一点是，碳基芯片不需要光刻机也能完成制造，而且碳基芯片的用处可用于更加广泛的领域当中。

3. “碳基芯片”是什么？

4. 打破摩尔定律，“碳基芯片”会取代硅基芯片吗？

 不论是碳基集成电路还是硅基集成电路，一般人了解这个根本没什么用处，即使其了解了一些碳基集成电路和硅基集成电路的知识，想跟周围的朋友们吹牛，也没人对这类知识也不感兴趣，并且掌握这类知识对于普通人来说，升职加薪毫无用处。
   若对集成电路感兴趣，建议还是学一下各种集成电路的应用，以及如何更好的用集成电路来设计电子产品。
   芯片一直是国内 科技 业界关心我的热门话题之一，尤其是华为最近在芯片禁令上受到的困扰，让人们更深刻的意识到，芯片技术自主可控的重要性。
   近日，关于 “碳基芯片” 的消息在业内流传，据悉，碳基集成电路技术被认为是最有可能取代硅基集成电路的未来信息技术之一。有消息报道称，北京大学电子系教授彭练矛带领团队采用了全新的组装和提纯方法，制造出高纯半导体阵列的碳纳米管材料，制造出芯片的核心元器件 —— 晶体管，其工作速度 3 倍于英特尔最先进的 14 纳米商用硅材料晶体管，能耗只有其四分之一。该成果于今年初刊登于美国《科学》杂志。
   （图片源自 OFweek 维科网）
        什么是 “碳基芯片”
   很多人听说过 “硅基芯片”，但对 “碳基芯片” 的概念还是比较陌生。在了解 “碳基芯片” 之前，我们首先要弄清楚为什么会出现这种理论技术。
   20 世纪五、六十年代，集成电路发展开始提速，这是通过氧化、光刻、扩散、外延、蒸铝等半导体制造工艺，把构成具有一定功能的电路所需的晶体管、电阻、电容等元件及它们之间的连接导线全部集成在一小块硅片上，然后焊接封装在一个管壳内。以单晶硅为主的半导体集成电路，已经变得无处不在，成为整个信息技术的强大支柱。
   进入 21 世纪以来，人们为了提高芯片性能，一直按照 “集成电路上可容纳的晶体管数量大约每隔 18 个月便会翻一番，性能也将提升一倍” 的规律提高单个芯片上晶体管的数量。但芯片尺寸越小，相关工艺难度也越高，尤其是在进入纳米级别后，来自材料、技术、 器件和系统方面的物理限制，让传统硅基芯片的发展速度开始减慢。
   因此，人们开始寻找新的方向、新的材料来替代硅基芯片，而采用碳纳米晶体管就成为了两种比较可行的方案之一。为什么选择碳元素，这与其本身很多优质的特性有关。
   资料显示，用碳纳米管做的晶体管，电子迁移率可达到硅晶体管的 1000 倍，也就是说碳材料里面电子的群众基础更好；其次，碳纳米管中的电子自由程特别长，即电子的活动更自由，不容易摩擦发热。
   理论上来说，碳晶体管的极限运行速度是硅晶体管的 5－10 倍，而功耗方面，却只是后者的十分之一。也就说，在更加宽松的工艺条件下，碳晶体管就能取得与硅晶体管同等水平的性能，这也是所谓 “碳基芯片” 出现的原因。
        取代硅基芯片？没有那么简单
   随着这些年碳纳米管及纳米材料研究的深入，相关工艺日趋成熟，实验室中也成功地制造出碳晶体管，但是想要把这些单独的碳晶体管大规模的组合连接在一起形成一块完整的芯片，还是一件很困难的事情。
   目前科学家们已经通过化学方法，把单个的碳纳米管放置在硅晶片上想要放的特殊沟道里，但相比于芯片中能放置上千万个硅晶体管的数量，科学家们最多只能同时放置几百个碳纳米管，远远无法投入商业化。其次，要想把碳晶体管排布在晶圆片上，需要更加精准的刻蚀技术。
   有不少人认为，碳纳米管技术会在接下里的十年里准备就绪，成为取代硅材料之后的芯片材料，届时 “碳基芯片” 也将会成为未来的主流芯片。但硅基芯片好歹发展了这么多年，有那么容易被取代吗？
   有曾在 Fab 晶圆厂待过的工程师朋友告诉笔者，所谓的碳晶体管没法量产，最大的原因在于，碳元素太活泼了而且介电常数又低。此外，技术障碍只是一方面，成本及成品率的问题同样难以克服。
   早在去年 9 月，美国 MIT 团队就开发出了第一个碳纳米管芯片 RV16XNano，并执行了一段程序输出：“hallo world！”
   据悉，这个碳纳米管芯片内部拥有 14000 个晶体管，具备 16 位寻址能力，采用 RISC－V 指令集，但其相比当前的芯片来看，性能并不突出。其芯片频率仅 1MHz，大约是 30 年前的水平。再看看现在硅基芯片大佬们坚持的路线，从 10nm 到 7nm，再到 5nm／3nm，他们始终坚信硅基芯片还有继续突破的空间。
   碳基芯片可以补充硅芯片不足，开拓一定市场，替代还早，更莫谈打破摩尔定律，硅片己经打破摩尔定律，好日子到头。
   成功了在说

5. 什么时候用上碳基芯片？

 
    从下面的时间节点你会发现，可能下一代的芯片就会使用碳基！ 
     
   2019年5月26日，北京元芯碳基集成电路研究院宣布，解决了长期困扰碳基半导体材料制备的瓶颈！
   2019年，中科院研究所的殷华湘团队公布：他们已经成功研发出相等于人类DNA的宽度的3nm晶体管。
   2020年5月，北京元芯碳基集成电路研究院宣布，中国科学院院士北京大学教授彭练矛和张志勇教授带领的团队，解决了碳基半导体材料制备的瓶颈，如材料的纯度、密度与面积问题。
     
   这意味着接下来制造芯片不一定要采用硅了，而可以使用碳来制造了，也就是碳基芯片了。
   所谓的碳基半导体，它的成本更低、功耗更小、效率更高。它是一种有别于现在芯片的硅材料，因此突破这种材料的限制，对于我们的芯片未来确实非常有帮助。
   未来它将使用在多种设备上，比如说手机芯片，计算机芯片等等方面，甚至碳基技术芯片可能让我们的手机更流畅，电池更耐用。
     
   
   碳基芯片，资料已经介绍了，效率比硅基芯片高，性能比硅基芯片好。如果是这样子，根据科学发展的规律，在不久的将来就能由碳基芯片替代硅基芯片。新技术的出现，不可能一下子就能赶上旧技术的水平，但是新技术会逐步完善并超过旧技术的。先前就有很多的例子：先说火车刚制造出来第一次开动的时候，据说还没有骑着马跑的快呢！骑着马和火车比赛的人们，都嘲笑火车的笨重和慢。再说显示器吧，开始是电子管显示器一家独霸天下，后来又出现了液晶显示器，当时有不少人认为液晶显示器成不了气候，不可能压过和替代电子管显示器，现在怎样啦！有目共睹吧！我们要有研究新事物、接受新事物的科学心态，不断 探索 、勇于创新，我相信，只要是碳基芯片的性能比硅基芯片的性能好，就会超过和替代硅基芯片！只是时间长短而已。
   估计5年以后，也许10年或更长时间也难讲
    碳基芯片的进度 
   碳基芯片其实已经研发了20多年了，1991年就发布了碳晶体管。但如果利用碳晶体管，科学界这20多年以来，就一直在研发这个问题。
   从制备、提纯开始，一直到排列碳纳米管的方法，这一研究就是20多年呢，直到今年北大团队的研究成果，可以不再停留在实验室里了，让碳基芯片有了开始谈论规模产业化了的基础了。
   但事实上从可开始生产到真正成为产业，这中间还会有10年甚至20年更长时间，毕竟产业链会涉及到材料、技术工艺，再到工种设备等等，这些上、下游都得跟上啊。
   另外还可以给大家一个参考，按照北大团队的说法，他们的下一个目标，是在2-3年内完成90纳米碳基CMOS工艺开发。
   大家看清楚了，2-3年内完全成90nm工艺的开发，而这90nm的碳基芯片，按照理论数据，相当于28nm的硅基芯片性能。
   而28nm的硅基芯片，中芯国际在2015年就实现了量产，相当于一切顺利，碳基芯片其实至少也是落后10多年的。
   所以真的碳基芯片要使用到具体的生产中来，没有个5年10年，是不太可能的，所以短时间内就不要期待了。
   碳基芯片的前沿 科技 估计已经可以做出来了。只是性能和造价的问题，估计586的水平的碳基推上市场意义并不大。目前的碳基基本还是在沿用硅基的路子。我认为这在一定程度上局限了碳基芯片领域的发展。
   我认为，硅基技术目前已经到了一定的瓶颈期。由于光的波粒二象性，为了让光呈现粒子态，就必须有观察者的存在。这也就是说，硅基芯片的加工基础光刻技术再向前发展也许需要量子学科实用化的突破。
   而碳基技术，完全有可能走向另外一个 科技 树。通过生物技术实现功能逻辑单元的构建。虽然是有点科幻，但是哪像科学不是由科幻开始的呢？众所周知，病毒进入细胞之后就会，通过细胞核的物质进行自我复制。大自然中数量最庞大的病毒就是噬菌体，每种噬菌体通常只感染一种真核或原核生物。如果病毒的一系列基因片段可以作为某种计算结构的计算核心功能单元。多重片段组合起来行程一个活体的共生群落。原始构建稳定之后，一种生物性的计算细胞单元就可能改变人类。一个细胞就是一颗超高运算能力的CPU，而且会自我复制，一个生命周期到了，另外一个就分裂合成完毕了。
   也许有人会把现在我发表的这个看成疯子。但我要说谁又能预测为了 科技 真正发展的脉络呢!如果生物碳基芯片问世，如今的人类也许就被融合了生物碳基芯片的新人类所取代。这一切谁又说得准呢？
   如果只是硅基芯片发展路线的延续，碳基芯片的量产估计也就在5年之内。但如果换一个 科技 树，短则50年，长则上百年。
   谁要用这个电子写科幻作品，可以联合署名吗？
   
   1947年贝尔实验室演示了基于锗的半导体晶体管，开启了信息时代的新篇章。紧随其后的硅晶体管在1954年问世，很快就成为了集成电路技术的主流。历经60多年，“摩尔定律”已经被硅基芯片跑得奄奄一息。很多人开始提出疑问芯片是否应该在材料学上来一次“换道”，才能根本性地解决当下整个芯片产业的现状。
   在硅基芯片不断试图在单位面积内容纳下更多的晶体管来提高芯片的性能的时候，人们一直也没有停下 探索 新材料的步伐，碳的优越特性成为了最佳选择，更为重要的是碳基芯片制造不需要经历硅基芯片抛光、光刻、蚀刻、离子注入等等一系列复杂工艺。
   什么是碳基芯片？   我们都知道芯片中的晶体管就是半导体，我们不妨来看看它的结构。栅极和沟道区域之间有一层高K节电材质（绝缘层），通过施加在栅极的电压在沟道区域产生电场，从而切断电流的流动，控制沟道的导通和关断。栅极和沟道区域有一层绝缘层，最早这层绝缘层是用二氧化硅来构成，随着晶体管尺寸的缩小，绝缘层就变得越来越薄了，这样就可以通过更小的电压来控制电流，从而降低能耗。但绝缘层太薄，随之而来的就是量子隧穿效应，电子能够轻易透过它，所以后面就使用了具有较高介电常数的材料（比如二氧化铪）来作为绝缘层。
   碳基芯片是利用单个碳纳米管或者碳纳米管阵列作为沟道材料，它允许电子从源极流到漏极。源极和漏极也不再掺杂硅，而是改用特殊的金属，利用金属与碳纳米管之间的结电压来制作晶体管。比如N型碳晶体管使用活性金属钪或钇来作为漏极，P型碳晶体管使用惰性金属钯作为源极。
   硅晶体管为了克服固有缺陷所以不得不朝着三维立体结构不断演化来克服量子隧穿效应，而碳基晶体管一开始就是三维模型，每一个碳纳米管的直径为1nm，它比硅基晶体管更容易实现更小尺寸，而2nm或已经达到了硅晶体管的极限了。另外碳纳米管不管是电子的传导速度还是热传递性能都是硅的成百上千倍，但功耗却是硅晶体管的十分之一。
   碳基芯片离商用还很远   基于碳的N型半导体、P型半导体已经有了，碳纳米管场效应晶体管也有了。在《自然》、《科学》杂志上也曾出现了多篇碳晶体管的论文。IBM为首的众多科研团队一直在研究碳纳米管技术，2017年北大的科研团队最早实现5nm级碳晶体管元器件。为了推动碳纳米管电路的可行性MIT研究团队甚至发布了全球首个超过14000个碳纳米晶体管的通用计算芯片。
   实际上碳基芯片上世纪就已经提出来了，并且被预言未来最终会取代硅基芯片，但直到现在还没有实现。碳基芯片性能确实超越了同规格的硅基芯片，但制作工艺还远远不如硅基芯片成熟。大家都是摸着石头过河的架势，我国属于比较超前的位置，一旦有所突破，将来可能不是弯道超车，而是直道超越。我国甚至将碳基材料纳入国家原材料工业“十四五”规划，近几年更是涌现了很多碳基芯片相关企业。
   碳基芯片商用很远，但碳基芯片的未来确实很值得期待。
    以上个人浅见，欢迎批评指正。 
       
   感觉很难，我理解最大的问题是效果能比硅好多少，以及成本能降低多少，还有工艺的可行性。
   碳和硅都是半导体材料，芯片也都是基于晶体管制成的，理论上单壁碳管的迁移率比硅高，但在大规模制造时，很难说，碳管和硅还不一样，不太能用传统提拉法制造大的超纯单晶硅然后切割成硅片，然后一个个构造出晶体管。因为单晶硅的非常高的均匀性，所以每个器件性质都一样。但碳管很可能是自下而上方法，先做成很多碳管，再组装成器件。这组装一定程度上限制了碳管的性能均匀性，而这对超大规模集成电路影响很大。没有办法做到超大规模均匀，基本上不可能商用。即便做出芯片，性质也比单独碳管的要低很多，这能不能比现有的硅芯片更好就很难说了。
   成本上，碳管提纯难度应该很大，尤其是要做的五个九以上，而且还要考虑属性，层数，手性，以及每根碳管的长度均匀性，复杂的提纯技术绝对会让成本大范围提高，虽然目前做碳管研究不计成本，可是要商用成本肯定是第一要素。
   最后一直觉得工艺上很难实现，碳管太脆弱了，尤其是单壁管，任何的等离子加工，镀膜，刻饰都会对碳管造成破坏，这需要开发非常多的极其温和的加工技术，而这目前很难，尤其在小尺寸下，几个nm范围内。
   一个新的技术出来，不是说他研究出来了就能用的，实验室产品和工业生产之间还还距离十万八千里。还有最重要的生态建立，这需要时间和金钱的堆积与投入，没有成熟的生态，那就是噱头

6. 碳基芯片的缺点有哪些呢？

碳基芯片的缺点有哪些呢？下面，带大家一起来看一下吧！

碳基芯片的缺点有哪些呢？碳基生物的缺点是不稳定，容易被高频电磁波瓦解为碳原子。以碳为有机物的生物。地球上已知的生物大多数是碳基生物，包括人类，都是以碳和水为基础的。其他行星可以以他的元素为基础，也可以以他的形式为基础。例如，完全以固体为基础的石头、以液体为主的人，以气体为主的空气等。

碳基芯片的缺点是复杂多样化因为碳原子有4个自由电子，失去电子的能力(还原性)和获得电子的能力(氧化性)相似，所以可以形成复杂多样的高分子有机物(如DNA分子)，为生命的形成提供物质基础，为自然选择提供可能性。如果外部电子太多，很可能氧化性太强(如氧原子)，或者惰性太强(如惰性元素)。如果外层电子太少或太活跃，比如金属，主要表现出还原性，不能形成复杂的分子。但是，还有另外四个外层电子的非金属元素硅能被称为生命的基石吗？

碳基芯片的缺点是与反应速度相关生命的所有特征，如新陈代谢、繁殖和对环境刺激的反应，都必须依赖化学反应。以对环境刺激的反应为例，从猎豹的快速追逐猎物、变色龙刷子的变化体颜色、撞在强光上时的瞳孔收缩、植物的向光性，都是生物躲避伤害的本能。这种反应实际上是由体内化学反应支持的。这种化学反应的速度在很大程度上决定了生物反应的速度，碳基分子的活性保证了这种化学反应能够及时进行，以应对地球环境的可能变化。为自然选择提供可能性。或者惰性太强(如惰性元素)。

7. 碳基芯片的缺点有哪些呢？

碳基生物的缺点是不稳定，容易被高频电磁波瓦解为碳原子。以碳为有机物的生物。地球上已知的生物大多数是碳基生物，包括人类，都是以碳和水为基础的。其他行星可以以他的元素为基础，也可以以他的形式为基础。例如，完全以固体为基础的石头、以液体为主的人，以气体为主的空气等。

碳基芯片的缺点是复杂多样化
因为碳原子有4个自由电子，失去电子的能力(还原性)和获得电子的能力(氧化性)相似，所以可以形成复杂多样的高分子有机物(如DNA分子)，为生命的形成提供物质基础，为自然选择提供可能性。如果外部电子太多，很可能氧化性太强(如氧原子)，或者惰性太强(如惰性元素)。如果外层电子太少或太活跃，比如金属，主要表现出还原性，不能形成复杂的分子【摘要】
碳基芯片的缺点有哪些呢？【提问】
碳基生物的缺点是不稳定，容易被高频电磁波瓦解为碳原子。以碳为有机物的生物。地球上已知的生物大多数是碳基生物，包括人类，都是以碳和水为基础的。其他行星可以以他的元素为基础，也可以以他的形式为基础。例如，完全以固体为基础的石头、以液体为主的人，以气体为主的空气等。

碳基芯片的缺点是复杂多样化
因为碳原子有4个自由电子，失去电子的能力(还原性)和获得电子的能力(氧化性)相似，所以可以形成复杂多样的高分子有机物(如DNA分子)，为生命的形成提供物质基础，为自然选择提供可能性。如果外部电子太多，很可能氧化性太强(如氧原子)，或者惰性太强(如惰性元素)。如果外层电子太少或太活跃，比如金属，主要表现出还原性，不能形成复杂的分子【回答】

8. 碳基芯片是真事儿，还是在忽悠人？

您好，很高兴回答的您问题，以下是我的个人观点。
当然是真事儿，而且这个芯片有很多优势。
在硅基芯片的发展上，中国面对重重障碍，EDA软件、IP、晶圆、生产工艺、设备等等的技术都遭到技术封锁，高端芯片产业链几乎没有中国的份额，华为海思很不容易搞出芯片来，马上就遭到美国的打压。

但是最近出来了一个好消息，北京元芯碳基集成电路研究院中国科学院院士、北京大学教授彭练矛和张志勇教授带领的团队，经过多年的研究和实践，解决了长期困扰他们基半导体材料制备的瓶颈，如材料的纯度，密度与面积等问题。

碳基芯片的优势，成本更低，功耗更低，效率更高，是一种很好的半导体材料，很可能是下一代晶体管集成电路的最理想材料，如果研发成功，到时候芯片内部的晶体管的栅极就是更优秀的碳材料。
早在2017年的时候，彭练矛的团队就研制出高性能五纳米的栅长碳纳米管CMOS器件，这是当时世界上最小的高性能晶体管，它的综合性能比最好的危机晶体管高出了十倍，但是能耗却比硅材料的晶体管少了3/4，当时也登在了自然科学杂志上。

碳基技术，真的会在不久的将来应用在国防科技，卫星导航，气象监测，人工智能，医疗器械这些与国家和人民生活息息相关的重要领域。
彭练矛说“相对于一些时髦的新应用技术，类似芯片这样的基础性研究应该获得更多的关注，因为它对于一个国家的科技实力提升起着更为核心和支撑的作用。”
但是我认为要是投入到工业生产，还是要经过很长的一段路程，希望他们能快点找到解决办法，所以，要真正做到芯片国产化，不仅要提高芯片研发能力和生产能力，还需要提高我国的光刻机研发的制造能力，这些科技都需要花费很长时人力物力和资金，虽然困难重重，我依然认为不久的将来一定会实现的。