第279集国内外的碳基芯片进展

第二百七十九集
国内外的碳基芯片进展
所谓的化学制备
以最通俗的方法可以理解为它们是在各种特殊溶液里面泡出来的
而以单链dna 为工具实现的排列组合
也可以简单的理解为在要放碳纳米管的地方放出一根一号绳子
再给碳纳米管也拴上一根对应的二号绳子
这两根绳子是互补的关系
可以互相连接
所以二号绳子会把碳纳米管跟一号绳子拴在一起
这样碳纳米管自然也就可以如愿落到对应的位置上了
而通过调整这些绳子
还可以把碳纳米管排列成各种各样的形状
就好像可以用一根绳子把一个人捆成不同的姿势进行play
或者跟捆木柴一样
只要绳子足够
木柴想怎么捆就怎么捆
不过这是系统里面的做法
现实中碳基芯片批量制备的前提是实现超高半导体纯度
顺排
高密度
大面积均匀的碳纳米管阵列薄膜
只有满足上面几个要求
才有可能批量化生产碳基芯片
而想要复刻系统里面的绿洲一号
还需要在这个实现的基础上持续发展足够的时间才有可能
陈神翻开王倩送过来的资料
这里面除了最基础的学习资料以外
还有着国内外最新的研究资料以及对应的实验数据
这些实验数据里面就属国内的最为详尽
可以说是完完全全毫无保留的把实验产生的所有有效数据都送到了他的面前
这个给了陈神极大的方便
因为这次的情况特殊
碳基芯片在国内已经有大学在进行研究
而且已经取得了不俗的成果充分证明了他们的实力
所以陈神不打算在基地里面额外为自己设一个芯片实验室了
毕竟圆明园职业技术学院那边已经有了
他这边再增加一个完全就是浪费
而且等待实验室和团队搭建的过程还会浪费他的时间
同时也分散了主要的研究力量
造成研究资源的浪费
与其这样
还不如直接跟圆明园职业学院那边共享一个实验室算了
相关的实验都可以由他来远程指挥
而且在一些细节领域
圆明园职院的团队也必定比他要专业
也可以给他更多的帮助
通过手上的资料和数据
陈神很快就明白了当前国内外碳基芯片发展的情况
目前世界上碳基芯片的主要玩家就是国内和大洋彼岸
其他国家和地区还在攒入门的门票钱
而在国内和国外两个玩家里面
双方走的路线又是不一样的
其中对面更在乎碳基芯片与现有硅基芯片工艺的兼容性问题
他们使用目前标准的ed 豆芯片设计软件
利用硅基芯片兼容的材料和工艺制备碳基芯片
目前已经制作出一个由一万四千个碳基晶体管组成的集成电路
并且运行成功
不过性能只达到了硅基芯片三十年前的技术水平
这种技术最大的亮点在于它是在一条商业硅基线上做的
它可以更快的实现产业应用
之前雄厚的硅基芯片制造实力已经给他们打下了好的不能再好的基础
不过就算如此
这种碳基芯片想要真正达到工业化生产投入市场使用的地步
也还有着很长的路要走
与国外团队相对比
国内的圆明园职院团队走的则是另一条创新的路子
他们从碳管制造
组装工艺和元器件结构等方面入手
创造性的研发出一套高性能碳管cos 器件的无掺杂制造方法
最近更是取得了突破性的进展
首次制造出了五纳米栅极碳纳米管c mos 器件
它的工作速度二倍于牙膏厂最新的商用硅晶体管
能耗却只有其的四分之一
这表明了在十纳米以下
碳纳米管c mos 器件比硅基cmos 器件具有明显的性能优势
而且圆明园职院的团队在高性能碳基晶体管和高质量碳纳米管材料方面
对国外的团队具有明显的领先优势
另外
与国外的技术路线相比
国内的碳基芯片在生产工艺上也有很大的不同
国内目前的碳基芯片或者说集成电路的预计制备流程还十分初级和原始
完善的空间还很大
大概是这样的
第一步是把碳纳米管提纯到百分之九十九点九九九九
俗称六个九的纯度之后
得到半导体碳纳米管
只有这个纯度或者以上的碳纳米管才有可能用于集成电路
第二步则是要在晶圆上面良度地排列碳纳米管
这一步国内使用的方法是维度限制自组装方法
先是把上一步提纯出来的碳纳米管分散在三氯乙烷里
随后再在分散液上滴上丁烯二醇
丁烯二醇会在三氯乙烷表面形成一个不互溶的薄层
由于上一步提纯步骤在碳纳米管表面包裹了一层高分子
所以碳纳米管会在丁烯二醇和三氯乙烷的界面上平行排列
这时再把竖插在溶液中的晶圆缓缓垂直拉起
液体的表面张力会把这些碳纳米管平行的拉到晶圆上面
一微米的空间里面甚至能够放下多达二百根碳纳米管
接下来再给碳纳米管两边增加源漏电极和门电极
把它真正变成一个晶体管
这些都需要用到光刻技术这些微加工技术
是的
目前的碳基芯片还是一样
需要使用光刻及电子束刻蚀等技术才能得到纳米级的电子图形
并没有一些人想象的那么轻松
换了一种材料就可以甩开一切束缚
因为这种微观层面的加工能力是芯片所必须的
哪怕不用光刻机
也会有暗刻机明刻机
陈神对此也早有心理准备
不过他还是希望能够找出一种不需要光刻机的工艺
毕竟纳米图形的加工能力也不是只有光刻机才拥有的
他如果等待国内光刻机研发的话
那完全就是浪费了他手上的碳基芯片技术
看完这些数据继续往下翻
很快就让他发现了一篇不一样的论文
Dna 定向纳米制备高性能碳纳米管场效应晶体管
这同样是圆明园职院的一位教授所发表的论文
这篇论文以dna 模板法制备的平行碳纳米管阵列作为模型
系统开发了一种先固定后冲洗的方法
将基于碳纳米管阵列的效应晶体管关键传输性能指标提高了十倍以上
说人话就是在高性能电子和生物分子自组装的界面上
这种方法可以用可伸缩的dna 生物模板来制作纳米级的电子图形
也就是说
不需要光刻机