芯片取得重大突破!云南大学破冰新技术,比台积电1nm材料更优秀(云南大学破冰新材料一纳米的芯片更强大)

要问芯片有多重要?答案其实显而易见,芯片早就成为了一场新的战争,从社交网络到移动支付,从大数据到新的基础设施建设,5G技术的突破,使得全球掀起一轮半导体领域研究新热潮。

其中,中国华为5G的发展让无数国人都兴奋不已,因为5G彰显的是中国信息产业的快速发展,但冷静下来思考后,我们不难发现,目前我们寄予厚望的“科技霸权”大多是浮在云端的。

芯片取得重大突破!云南大学破冰新技术,比台积电1nm材料更优秀(云南大学破冰新材料一纳米的芯片更强大)

而美国一直对中国采用“降维打击”,以此扼杀国产芯片的先进工艺。

因此,国产半导体之路可谓是充满了血泪,但就在不久前,云南大学传来了好消息,科研人员破冰新材料,性能将优于第三代半导体。

此消息一出,相信许多关注半导体领域的朋友振奋不已,因为新材料的出现实在太重要了,那么我们不禁想问,芯片工艺的难点究竟在哪儿?

频频提及的摩尔定律又是什么?

新材料的出现将为芯片领域带来些什么?

芯片取得重大突破!云南大学破冰新技术,比台积电1nm材料更优秀(云南大学破冰新材料一纳米的芯片更强大)

随着科技的不断发展,全球半导体行业经历了多次变革,但这么多年来,无论是什么类型的芯片,无一例外都采用的硅基半导体材料,因为它让芯片从0分实现了到80分的跨越,但如今芯片发展早就不满足于80分,想要有新的突破,可是硅基半导体的一大“拦路虎”,那就是摩尔定律。

所谓的摩尔定律是由英特尔的联合创始人戈登·摩尔提出的。

1965年,摩尔经过观察,称每隔18~24个月,集成电路上可容纳的元器件数目便会增加一倍,芯片的性能也会随之翻一番,我们都知道芯片制程工艺的提升,能减小晶体管的面积,使相同面积的芯片上能集成更多的晶体管,同时还能降低晶体管的功耗及硅片成本。

这当然很好,但随着制程工艺提升,以纳米为长度单位的晶体管之间,由于距离太短,绝缘层太薄,漏电的情况同样也就随之而来了,这反而增加了芯片的功耗。

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台积电就曾经因为漏电率高,导致功耗大而被戏称为“台漏电”。

为了解决漏电问题,很多企业和相关机构已经在着手研究,但当晶体管在 10nm 以下时,由于晶体管的电子会产生量子隧穿效应,导致电子不按设计的道路移动,运算准确性受到了严重影响,这一问题几乎无解。

直到目前,最为先进的芯片工艺制程已经达到了5nm,而全球半导体代加工双雄,三星和台积电在3nm方面不断比拼,美国科技巨头IBM更是宣布,造出全球第一颗2nm制程半导体芯片,稳坐了霸主地位。

但如果想要研制1nm以下的芯片,那摩尔定律将在硅基芯片上彻底失效,这也意味着硅基芯片的极限即将到达,但1nm绝不能成为人们研究芯片的底线,此时摆在全世界面前的难题似乎只有一个解决办法,那就是,寻找新的代替材料。

谁先找到,谁就占据了发展先机。

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近几年,关于新材料的讨论热度越来越高,各大芯片厂商和相关机构也在积极寻找,否则大家都将面临没有芯片用的困境,最先找到突破口的是台积电与台达美国麻省理工学院合作研究发现的二维材料结合半金属铋(Bi),美国麻省理工团队首先发现在二维材料上,搭配半金属铋的电极,能大幅降低电阻并提高传输电流。

随后台积电技术研究部门将铋沉积制程进行优化,台湾大学团队并运用氦离子束微影系统,将元件通道成功缩小至纳米尺寸,最终这项研究成果获得了突破性的进展。

可以说,二维材料被行业内寄予厚望。

但研究进行到这里,却面临了更大的难题,那便是铋元素储量非常小,在全球范围内的矿区都屈指可数,且提炼高纯度铋元素的工艺非常复杂,稀释延展性更是奇差,想要高效且大量使用在芯片上难度非常高,可以说并非研制顶尖芯片的最佳人选。

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去年6月份,云南大学材料与能源学院打破了硫化铂的瓶颈,实现了石墨烯和硫化铂材料的融合,物理学也得到了进一步改善。

此时此刻,破冰芯片新材料硫化铂站在了世界舞台中央,硫化铂的优势究竟在哪儿呢?

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作为一种化合物类型的半导体材料,硫化铂属于石墨烯中的一类,曾经的石墨烯也就是热门材料之一,机关石墨烯这类碳基芯片的功耗非常低,但制备晶圆的难度却比硅基高出好几个档次。

其次,因为其具备的零带隙,对光的吸收率低等特点,石墨烯并没有我们想象的那么适用于生产芯片,而硫化铂却不同,它不仅拥有和石墨烯相似的范德华力结构的层状结构,还拥有比较宽且可供调节的带隙。

在光、磁等相关性能上也相当优越,并且更加稳定,更具透光性,这些优势让硫化铂成为用于延续摩尔定律的最佳候选材料之一。

因此,无论从哪一方面看,硫化铂都优于石墨烯,而硫化铂与铋元素最大的区分点就在于储备极大,因此,价格成本也低得多,加上融合研制的手法也相对简单,在研制方面难度可以说小得多,甚至可以缩短研发周期。

而最重要的一点,就是研发出来的产品性能非常高。

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举个例子来说,同样的一款芯片,采用了硫化铂材料,能够达到传统硅基芯片5nm以上的水准,甚至在性能和能耗方面能够赶超3nm工艺,目前云南大学已经将关于硫化铂材料的研发成果,发表在了国际著名期刊上。

作为世界范围的芯片生产突破,引发了全球的关注。

中国的芯片行业再一次登上世界舞台,如今,我国正在面临严重“缺芯”问题,在完全国产的芯片研究正处于瓶颈之际,云南大学破冰新材料可以说相当振奋人心。

硫化铂材料的研发会率先帮助国产芯片水平的提高,说不定还会在绕开传统芯片工艺的阻碍,在另一个方向打通中国对芯片研究的道路。尽管发现新材料只是芯片研制的一个起点,想要真正实现国产芯片自立自强还有很长的路要走。

这时,我们要做的是对国产给予信心和祝福,因为技术绝不仅仅是钱和声音!

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