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碳纳米管应用 ‖ 碳基芯片

碳纳米管应用 ‖ 碳基芯片

  • 分类:新闻动态
  • 发布时间:2022-03-24 10:13
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【概要描述】碳基芯片比硅基芯片有更快的传输数率,且避免欧美技术封锁的优势。碳纳米芯片的电子特性比硅有优势,电子在碳晶体内比在硅晶体内更容易移动,因此能有更快的传输数率。同时碳基芯比硅基芯片具有成本更低、功耗更小的明显优势。

碳纳米管应用 ‖ 碳基芯片

【概要描述】碳基芯片比硅基芯片有更快的传输数率,且避免欧美技术封锁的优势。碳纳米芯片的电子特性比硅有优势,电子在碳晶体内比在硅晶体内更容易移动,因此能有更快的传输数率。同时碳基芯比硅基芯片具有成本更低、功耗更小的明显优势。

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• 碳基芯片比硅基芯片有更快的传输数率,且避免欧美技术封锁的优势。碳纳米芯片的电子特性比硅有优势,电子在碳晶体内比在硅晶体内更容易移动,因此能有更快的传输数率。同时碳基芯比硅基芯片具有成本更低、功耗更小的明显优势。

Faymo研发中心负责人Hassan称

当前碳纳米管在芯片研发的关键与面临的挑战,碳纳米管性能突出,是碳基芯片的关键材料之一。由于碳纳米管独特的性能,需要的阵列密度更低,在芯片中的运用一般需要在1微米内有100-200个碳纳米管;在半导体中,适宜的纯度需要达到99.9999%甚至更高。

碳纳米管的优势

1、特殊且完美的一维结构,极大压抑了背散射,是低功耗的弹道运输。

2、理想的无悬挂键结构,化学稳定性强、表面超洁净,栅效率高。

3、载流子迁移率极高、本征电容小,能够快速响应。

4、导电通道超薄、静电控制极佳,性能接近理论极限的5nm平面晶体管。

• 碳基芯片研究成果频出,但仍任重道远。2019年,MIT的团队成功制备了完全由碳纳米晶体管构成的16位微处理器。2021年6月北京大学彭练矛院士在《Nature Electronics》发表文章,表示开发出了每微米120个纳米管、半导体纯度高达99.99%的碳纳米管阵列,并以此构筑成了性能优异的射频晶体管。同时,2021年初彭练矛院士提出“在国家重视和科研经费充足下,预计3-5年碳基技术能够在特殊领域小范围应用;预计10-15年硅碳融合技术将成为主流;预计15年之后碳基芯片有望凭借其高性能成为主流技术”。

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MIT研制的碳纳米晶体管构成的微处理器

 

台积电2020年开发出独特的工艺流程,生产出了采用“顶栅+背栅”独特结构的CNT器件。同时,该公司在3nm以下的工艺制程中也是在积极探索新材料(例如高迁移率通道、2D晶体管和碳纳米管)的应用可能性。

 

美国Nantero在2007年就与安森美半导体携手开发在CMOS晶圆制造中集成碳纳米管;近年来其也推出了基于碳纳米管的存储器NRAM。NRAM实质上就是形成一层碳纳米管薄膜并将其沉积在标准硅基板上。目前,国内的天奈科技已经与该公司展开合作,高纯碳纳米管产品也已经开始送样测试。

 

根据IC Insights预测,2022年全球集成电路市场规模有望达5651亿美元,其中10nm以下制程的细分市场规模为1277亿美元,而未来碳纳米管在该细分市场的先进制程领域有着一定的应用前景与可能。

 
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2020年全球锂电主要材料出货量占比

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2020年国内锂电材料CR3和CR5

由于美欧等对硅芯片技术的封锁,中国想在硅技术上超越它们非常难,想要打破被封锁的格局,发展碳基芯片成为了一条有效并且具有战略意义的康庄大道,具有时代非凡的意义。

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