你好，我是非著名頭條創作者靜婧的爸爸，很高興回答你的問題。

本期導讀：生產碳基芯片需要光刻機嗎在當今社會芯片已經在我們的生活中占據了非常重要的位置，小小的芯片背后凝聚著全世界最先進的科學技術沒有之一，以硅為材料的硅基芯片發展了幾十年，越來越多的晶體管被集成在這個方寸之間，現在高端手機芯片的晶體管已經超過了1百億個，在硅基芯片上摩爾定律已經接近了天花板，人們不斷在尋找新的材料來突破碳基芯片遇到的這個瓶頸，目前最先進的碳納米管制造的就是非常理想的晶體管材料，基于碳納米管制造的碳基芯片并不需要光刻機。

硅基芯片和碳基芯片的生產方式世界上制造芯片的維納結構主要有兩種策略：

1. Top-Down：從上而下的方法

硅基芯片的制造就是利用了從上而下的微納精加工技術，用到的設備就是ASML的光刻機。光刻機就像雕刻的刻刀，把芯片設計圖紙上的器件用光刻畫到硅晶圓上。

2. Bottom-up：自下而上的方法

碳基芯片的制造就是利用了此自下而上的微納加工技術，就像蓋房子一樣。蓋房子首先我們要用到磚頭，再用磚頭一點點自下而上的把房子蓋起來，碳基芯片中蓋房子用的磚頭就是碳納米管。

小結：這二種芯片的最大的區別在于硅基芯片是通過在硅晶圓上光刻和刻蝕等工藝，雕刻出復雜的芯片結構，而碳基芯片是從下而上，利用大量的碳納米管，像搭樂高積木組裝一樣，搭建出宏觀的芯片器件結構。歸結到二個字：硅基芯片是刻，碳基芯片是搭！

碳基芯片目前發展情況目前世界上中國和美國作為世界領先的二家科技強國，中美已經在碳基芯片的研究上你追我趕了十幾年的世界，說是中美之間的競爭其實是中美二個世界頂級名校實驗室之間的角逐：北京大學和麻省理工學院。

由彭練矛院士帶領的北大實驗室，從2007年開始進行了碳基集成電路的課題項目，他們從碳管制造，組裝工藝和元器件結構等方面入手，創造性的研發了一套高性能碳管cmos器件的無摻雜制造方法，通過調節接觸金屬的功函數來是實現器件極性的調控。簡單來說就是改變碳納米管的接觸電極材料，利用帶金屬作為高功函數源漏電極，利用了鋁作為低功函數源漏電極。

2017年彭院士帶領的北大實驗團隊在碳管制造技術，碳管器件物理，性能極限探索等方面取得了突破性的進展，制造出了5nm柵極碳納米管CMOS器件，工作速度2倍于Intel最新的商用硅晶體管，能耗卻只有其的1/4，這表明在10nm以下碳納米管cmos器件比硅基cmos器件具有明顯的性能優勢，此研究成果發布在《科學》雜志上，北大實驗團隊的突破性研究證明了碳基芯片的可行性和優越性。但是研究成功和大規模商用性生產還有很遠的路要走，一時半會兒解決不了華為芯片產能的問題。

再來說說麻省理工學院，由Shulaker教授帶領的團隊，也在開展碳基芯片的相關研究，2019年，世界頂級雜志《科學》發表了Shulaker團隊的論文，文章介紹了一種包含14000個碳晶體管的碳基微處理器，這個只有16位的微處理器基于RISC-V開源機構，在測試中執行了Hello，World程序，成功生成了信息Hello，world。

他們采用了一種叫MIXED的技術，這和北大實驗團隊的方法異曲同工，都是通過控制沉積的金屬等電極材料來實現晶體管的功能，Shulaker團隊更在乎與現有硅基芯片工藝的兼容，他們使用目前標準的EDA芯片設計軟件，利用硅基芯片兼容的材料和工藝制備，從而得到了一個由14000個碳基晶體管組成的集成電路，這種方式可以更快的實現產業應用，基本上是硅基芯片30年前的技術水平，想要真正達到商用大批量生產同樣也需要很長的路要走。

中國在這場未來科技戰場的競爭中稍微領先與麻省團隊的實用功利主義思路不同，北大的實驗團隊目標是可以完全超越硅基芯片的創新思想。2020年5月，北大實驗團隊在《科學》雜志上再次取得突破性進展，他們解決了一種重要的難題，如何實現高純度碳納米管的整齊排列搭建，他們創新性的制備出純度優于99.9999%的碳納米管溶液，利用高純度溶液通過維度限制組裝，在4英寸硅片上制備了排列整齊的高密度碳管搭建。通過這種發放他們制造出的微處理器比麻省實驗室制造出的微處理器要小，但是相比特征長度相似的硅晶體管，碳基晶體管顯示出了更大優越的性能。

最后總結：碳基芯片的制造就是需要在晶圓上制備大面積，高密度高純度的碳管排列，目前北大的相關研究技術已經領先全球，假以時日我相信中國的碳基芯片研究一定會在商業應用上取得突破，早日突破國外的技術壁壘，制造出高端先進的碳基芯片，到那一日，華為就不需要看別人的臉色了，希望華為能夠挺住這幾年！

我是一個生活在魔都的80后，熱衷于給我們家靜婧做好吃的美食，如果你喜歡我的問答，請給予關注，評論和收藏，謝謝。

標簽：刻機芯片需要有機硅原料