硅基材料步入“晚年”，2020年摩爾定律徹底“失效”？專家：碳基材料前景可期_風聞

文匯報   2019-08-26 作者：沈湫莎

集成電路芯片是現代信息技術的基石，隨着摩爾定律逐漸逼近極限，尋找硅材料替代品的步伐眼下更為迫切。下一條集成電路材料的“賽道”在哪裏？今天舉行的東方科技論壇吸引了國內多位專家參與研討。目前，相比於石墨烯、二維材料等選項，碳納米管呼聲相對較高，被認為是比較有希望取代硅的未來電子材料。

如今，世界上最領先的集成電路工藝已經達到7納米，想要做得更小，硅材料在散熱、功耗等方面就開始呈現出短板。早在2006年，國際半導體技術路線圖委員會就認為，摩爾定律將在2020年達到極限。故此，他們推薦碳基納電子學（包括碳納米管和石墨烯）作為可能在未來5至10年內顯現出商業價值的下一代技術。根據測算，在步入10納米技術節點後，碳納米管的芯片性能和功耗都比硅芯片有明顯改善。例如，從硅基7納米技術到5納米技術，芯片速度大約提升20%，而碳納米管基7納米技術的芯片速度將提升300%。

儘管碳納米管被認為未來作用巨大，但在實際研發中仍遇到了不少問題。北京大學信息學院教授、納米器件物理與化學教育部重點實驗室主任彭練矛告訴記者，由於碳分子結構穩定，很難像硅材料一樣通過摻雜其他物質改變性能，因此在需要“可塑性”的N型晶體管的研製上一直沒有進展，其性能也未能超越硅材料。

因此，碳納米管要實現產業化，尚有很長一段路要走。彭練矛表示，碳基集成電路的研製是一個龐大的系統，除了材料學，還涉及微納加工技術、電子器件設計與製備、系統集成等多個領域。他還建議，我國要儘快建立碳基電子學國家戰略。

華南理工大學材料科學與工程學院馬於光教授同樣認為，2020年是個重要的時間節點。目前，美、歐、日、韓等國家都紛紛啓動了投入高達數十億美元的研究計劃，大力支持和推動下一代電子技術的材料研究。他還表示，除集成電路外，我國要突破光刻機、鋰電池、射頻器件等一系列“卡脖子”技術，很大程度上依賴於材料科學的研究進展。眼下，高性能分子材料與現代電子技術的融合，已到了從基礎研究轉向應用的關鍵時期。