北大杠上麻省,中美同时进军第三代芯片,这是国运大对决,反超希望很大。(转)

楼主:卿在川 时间:2020-09-26 08:41:30 点击:14708 回复:184
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  大家可能不太清楚,现在的芯片就是第二代芯片,也叫硅基芯片,台积电就是第二代芯片的代表,然而第二代芯片正在逼近天花板,很难更上一层楼,想再进一步必须开发下一代芯片,而碳基芯片就是一种理想的材料。碳基芯片有良好的导电和机械性能,运行速度比硅芯片快5到10倍,而耗电量可以降低10倍,是非常完美的材料。

  但理论毕竟是理论,想制造碳管芯片挑战巨大,制造芯片主要有两个方向,一种是从上而下的方法,硅基芯片就是从上往下的加工方式,所以光刻机必不可少,光刻机的优劣甚至起到决定性作用,它就像刻刀一样,把器件结构刻画到硅晶体上,而另一种制造方法就是,从下往上的加工方式,像盖房子一样往上搭建,而碳基芯片就是用这种加工方式。

  想制造碳基芯片,首先要制备大量高纯度,而且长度平均的碳纳米管,这就好比盖房子的砖头一样,此外你还要有盖房子的办法,就是如何把这些碳纳米管固定在芯片上,还要排列的整齐划一,然而碳基芯片理论上很丰满,但近20年却未能取得突破,为什么呢?

  因为想制造碳纳米管,就必须对碳管材料进行掺杂处理,来控制晶体管的极性和性能,而对于碳管来说,掺杂就会丧失原有的运行速度等优势,这显示是个矛盾的难题。谁解决了这个矛盾,谁就占据了碳基芯片的发展先机。

  中美作为两个科技强国,在碳基芯片领域展开了为期十几年的追逐,这场科技追逐战主要在两个世界顶级名校之间展开,即北京大学和麻省理工大学,由彭练矛院士带领的北大团队,从07年开始,就开展了碳基芯片的研究,并创造性的研发了一套高性能碳管CMOS器件的无掺杂制备方法,秘诀就是放弃了对碳管的掺杂,转而通过调节接触金属的功函数,来实现器件极性的调控,简单来说,就是改变碳纳米管的接触电极材料。

  

  2017年,彭院士领导的团队,在碳纳米管取得重大的突破,并在2017年的《科学》杂志上发表了这项研究成果,成功制造出5纳米栅极碳纳米管CMOS器件,工作速度两倍于英特尔最新商用硅晶体管,能耗却只是其1/4,显示了其性能优势,但这只是实验室中的成果,距离大规模生产还很遥远。

  与此同时,在麻省理工学院的实验室里,由MIT助理教授shulaker带领的团队,也在开展碳基芯片的研究,MIT团队首先面对的问题是,如何把单根碳纳米管,沉积到预先设计好的晶圆结构上,而不是得到一大团碳管聚集的颗粒,经过摸索,MIT团队发明了一种选择性清洗技术,用的是三步走的路子,聚合物预处理——沉积——冲洗,这种技术使得芯片上团聚颗粒的密度降低了250倍,2019年该团队在世界顶级期刊《自然》杂志上发表了该研究成果。



  

  为了能尽快产业化,MIT团队采用的是传统硅芯片的制造技术来制造碳芯片,说白点,就是把硅管换成了碳管罢了,因此,其运行速度仅仅相当于硅基芯片30年前的水平,远远未达到碳管芯片应有的水平。

  而北大团队的思路不同,他们瞄准的是可以超越硅基芯片的创造路子,2020年五月,北大团队再次取得重大进展,并在《科学》杂志上发表论文,这篇论文解决了碳基芯片制备的一个重大难题,既如何实现高纯度碳纳米管的整齐排列,北大为此开发了一种碳管提纯新工艺,制备出纯度优于99.9999%的碳纳米管溶液,利用高纯的碳管溶液,通过维度限制组装,在4英寸硅片上制备了排列整齐的高密度碳管阵列,可以在每微米范围内排列100至200个碳纳米管,制备出了定栅场效应晶体管组成的小型集成电路,虽然集成规模比麻省团队的要小,北大的性能更优越。

  总结中美两国的碳基芯片的研发道路,MIT的碳基芯片与现有的硅基芯片制备工艺兼容,比较容易产业化,但性能很难超越硅基芯片,而北大的研发方向,性能已经超越硅基芯片,又展示了可以满足大规模生产的材料需求,可以产业化,可见我国的碳基芯片技术的光明前景。

  如何产业化,下一步就是需要更多的芯片产业链的合作了,特别是芯片设计EDA的软件方面,北大和北京市已经合作成立了北京碳基集成电路研究院,还和华为等企业对接,相信碳基芯片很快就能进入工业化阶段,基于碳纳米管的集成电路技术已经不存在原理上的障碍,也不再是遥不可及的梦想,掌握核心技术的碳基芯片,也为中国芯片领域的发展带来了新的希望,然而要建立一个完整的产业链,还需要很多工程华的工作,需要一定的时间来完成,相信碳基芯片离我们会越来越近。

  中国在硅基芯片的落后态势,很可能在未来的碳基芯片上有翻天覆地的变化。

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作者:zjlqzxj 时间:2020-09-26 08:46:38
  有一件事我想不通,中国的科学家为什么到国外去发表论文?虽然论文说的只是原理和方向,但原理和方向也是秘密啊!怎么能轻易透露?还为了让老外看懂,用英文来发表,迁就他们,难道全民英语的目的就是为这个吗?真是岂有此理。
  • zjlqzxj: 举报  2020-09-26 08:49:10  评论

    我们应该像东风17那样,严格保密,连原理都不让他们知道,让他们摸不着头脑,所以我建议禁止中国科学家去外国发表论文,要发表的话也只能在国内发,用汉语发就得了。国外想看的话就老实学中文去。
  • sky021sky: 举报  2020-09-26 09:06:35  评论

    评论 zjlqzxj:你这想法很落后,中国自古就喜欢藏秘方,火药造纸还不是被外国发现,人要有开放的态度,放开让你研究,说不定对中国有启发
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作者:世界攀登者 时间:2020-09-26 08:57:25
  楼上有理
  • 卿在川: 举报  2020-09-26 16:09:10  评论

    全民英语+西方价值观,框住了中国人的思想,让中国人无法跳出西方人的思维枷锁,追着西方的屁股走,走不出自己的路,这就是中国人缺乏创新能力的原因之一。
  • 尽在缘: 举报  2020-09-26 20:11:23  评论

    真没想明白学英语会到达这样的高度,印人英语肯定比我国好多多,可发展也没见比我们好阿。
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作者:世界攀登者 时间:2020-09-26 08:57:39
  自己的事不要到处 说
  • lzy1964: 举报  2020-09-26 11:33:44  评论

    嘿嘿,论文是把结果让他们看看,至于涉及到制作和实现的过程论述,他们谁信谁知道的,哈哈。
  • pangyxABC: 举报  2020-09-26 17:23:13  评论

    文章用外文发到外国去,是最大的、最严重的一种文化不自信的表现!更别提什么争取、掌握话语权、规则制定权。
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作者:sky021sky 时间:2020-09-26 09:06:55
  sky021sky: 评论 zjlqzxj:你这想法很落后,中国自古就喜欢藏秘方,火药造纸还不是被外国发现,人要有开放的态度,放开让你研究,说不定对中国有启发刚刚
作者:天山明月2020 时间:2020-09-26 09:10:49
  第三代半导体材料主要是碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)。

  竞争格局

  SiC

  SiC基本形成了美国、欧洲、日本三足鼎立的局面,可实现碳化硅单晶抛光片的公司主要为美国的Cree、Bandgap、DowDcorning、II-VI、Instrinsic,日本的Nippon、Sixon,芬兰的Okmetic,德国的SiCrystal。

  Cree与SiCrystal公司占据超过85%的市场份额。美国Cree被认为是此领域的老大,其碳化硅单晶材料的技术水平代表着国际先进水平,专家预测在未来的几年里Cree还将在碳化硅衬底市场上独占鳌头。

  GaN

  国外在氮化镓体单晶材料研究方面起步较早,美国、日本和欧洲在氮化镓体单晶材料研究方面都取得了一定的成果,其中以美国、日本的研究水平最高。部分公司已经实现了氮化镓体单晶衬底的商品化,技术趋于成熟,下一步的发展方向是大尺寸、高完整性、低缺陷密度、自支撑衬底材料。

  美国一直处于领先地位,先后有TDI、Kyma、ATMI、Cree、CPI等公司成功生产出氮化镓单晶衬底。

  日本住友电工(SEI)和日立电线(HitachiCable)已经开始批量生产氮化镓衬底,日亚(Nichia)、Matsushita、索尼(Sony)、东芝(Toshiba)等正开展了相关研究。

  欧洲氮化镓体单晶的研究主要有波兰的Top-GaN与法国的Lumilog。
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作者:xxxhhhyyyttt 时间:2020-09-26 09:17:04

  欧米日那么多诺贝尔医学生物奖得主 连疫苗都整不出 哈哈哈



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作者:老浅008 时间:2020-09-26 09:17:32
  楼主说的很好很专业。但是北大……。清北大量招收某市低分学生,哪来的高质量研究团队?北京高考不统一试卷二十年了,现在连与国家平均水平差距多少都看不出来,还能指望北大?
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作者:天山明月2020 时间:2020-09-26 09:23:43
  摘录6月采访的记录:北大碳纳米管提取团队的带头人彭练矛教授曾表示,该团队的下一步目标是在3年内完成90纳米碳基CMOS先导工艺的开发,性能上相当于28纳米的硅基芯片。也就是说,我们在这几年是要完成90纳米碳基芯片的工艺研发,也就是将90纳米碳基芯片设计出来,其性能相当于28纳米的硅基芯片

  碳纳米管的提取仅是完成芯片众多制造步骤中的一小步——芯片材料的提取,后续芯片内部结构的制作步骤还有不少,在电路缩放版图的印刻上我们仍然需要用到光刻机,但对光刻机精度的需求没有像现在这样急迫。即使我们完成了硅基芯片的设计,但整个行业也没有生产制造的能力,而硅基芯片制造技术这一步也是我们必须面对的。

  看明白了没有,光刻机不能少,只是要求不那么高了。如果国产设备和工艺研发能同步推进,碳基材料半导体预计在10年后追上台积电的硅半导体(届时可能达到1纳米线宽)
作者:天山明月2020 时间:2020-09-26 09:24:48
  @老浅008 2020-09-26 09:17:32
  楼主说的很好很专业。但是北大……。清北大量招收某市低分学生,哪来的高质量研究团队?北京高考不统一试卷二十年了,现在连与国家平均水平差距多少都看不出来,还能指望北大?
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  清北在各省招纳的高考状元都被你无视了
  • 阿拉善1111: 举报  2020-09-26 15:07:20  评论

    评论 天山明月2020:要看这些人的人数占这2个学校总人数的比率。
  • 天山明月2020: 举报  2020-09-26 15:33:17  评论

    评论 阿拉善1111:2016年,清北在北京录取553人,浙江344人,江苏315人,湖南300人,四川310人,河南426人,山东307人,河北281人,广东280人,安徽250人,陕西238人,上海209人,辽宁212人,重庆216人...哪怕北京学生一半是学渣,还能怎么影响清北整体生源质量?
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作者:sszzrr910 时间:2020-09-26 09:51:38
  北大以培养杀猪的自豪!
  别的没听说过
  最近又出一个说脱口秀的

  职业没有歧视——但是,与国家的有投入巨大的反差!卖肉的,是与百姓争饭碗啊!这是北大的自豪吗??????
  • 阿拉善1111: 举报  2020-09-26 15:15:07  评论

    评论 sszzrr910:你说的有点道理
  • AllerAir净化器: 举报  2020-09-27 09:58:48  评论

    这么说有点偏执了。北大培养的院士在全国高校里是最多的,清华第二。自1952年至今,北京大学走出来的两院院士数量最多,高达183人,其次为清华大学164人。第三名至第十名依次为复旦、南京大学、中科大、浙大、哈工大、吉大、上交大、武大,走出来的院士校友数量为96、78、74、70、64、56、54、41人。
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作者:闲倚胡床与谁同坐 时间:2020-09-26 10:10:48
  留美预备学堂能研发芯片了?确认不是替洋大人当木马?
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作者:橘生淮南zhao 时间:2020-09-26 10:38:04
  碳基半导体用的是碳晶体管性能远高于第三代半导体一个属于第四代半导体,这方面研究中国处于领先地位
作者:firstasskicker 时间:2020-09-26 12:14:19
  你一定要跳脱出一个思维,那就是中美博弈是零和的

  大前提你都定错了,剩下的就都是废话

  中国要想真正成为世界性强权,首先要排除的就是零和思维

  中美你死我活的对立在可预见的未来是不存在的

  现在是基于竞争基础上的博弈而不是抄家灭族的厮杀

  美国会试图遏制中国的发展,但是没有能力扼杀中国这个国家

  中国未来掌握主动权的时候会报复美国的欺凌而不会主动挑动美国的解体

  在未来很长一段时间内,中美共存是历史的必然,这个时间段可能是一百年甚至更久

  人类历史几十万年

  而人类文明不过区区数千年

  你回看人类历史,你就会发现一个现象在不停重复

  那就是人类一直在竞争中融合,并在这一过程中不断扩大对客观世界的探索程度

  部落之斗争,直到发现山那边还有更大的部落,转而促进山这边部落的联合融合

  国家之间斗争,直到发现山脉那边有更强大的国家,转而山脉这边国家融合合并应对

  大陆国家之间斗争,直到发现大陆那头居然还有个不一样的文明,转而大陆国家开始联合

  我们人类发展到今天,其实已经无限接近和地外文明的竞争

  中美互相融合是迟早的事

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作者:zjlqzxj 时间:2020-09-26 12:55:50
  中国想创新,就必须先摆脱西方的思想枷锁,摆脱精神殖民,才能不做西方的跟屁虫。
作者:ty丶幸福的男人 时间:2020-09-26 13:20:38
  @firstasskicker 2020-09-26 12:14:19
  你一定要跳脱出一个思维,那就是中美博弈是零和的
  大前提你都定错了,剩下的就都是废话
  中国要想真正成为世界性强权,首先要排除的就是零和思维
  中美你死我活的对立在可预见的未来是不存在的
  现在是基于竞争基础上的博弈而不是抄家灭族的厮杀
  美国会试图遏制中国的发展,但是没有能力扼杀中国这个国家
  中国未来掌握主动权的时候会报复美国的欺凌而不会主动挑动美国的解体
  在未来很长一段......
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  大陆谈统一,台湾也谈统一,分歧是怎么统 一,谁主导统一的问题。人类的发展趋势是大同,符合一切自然物理规律。中美的融合,不会是中,美两国的融合,而是现今世界上不同的制度融合,那么哪种制度适合占主导地位,争的就是这个。
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作者:流鼻涕的姑娘 时间:2020-09-26 14:38:23
  中美都不用争了,未来的世界是黑人和msl的,你们都在为他们做嫁衣。最强大的武器就是繁殖,为什么老虎灭绝了,老鼠还在?就是因为繁殖问题。黑人和msl的繁殖力比白人强大的多,白人灭绝了黑人和msl绝对还存在。一切尽归他们。是不是给他们做嫁衣呢!
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作者:入夜魅 时间:2020-09-26 14:41:08
  可期!
作者:半年福州迷丶 时间:2020-09-26 15:02:08
  就是该走新路了
作者:rrdb123 时间:2020-09-26 17:45:16
  现在有大规模科技研发能力的国家也就中国了。
作者:不走封闭畺化老路 时间:2020-09-26 18:05:25
  言之有理。大锅饭养懒汉,改革开放才能发达起来。
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作者:天_涯_囚_徒 时间:2020-09-26 19:32:00
  从中美竞争的角度来看,中必赢,所以北大可能也能赢。除此之外看不到北大有能赢的机会。
作者:pangyxABC 时间:2020-09-26 20:00:40
  美国的制裁,终于在北清中科院这些院士成堆的地方激起一片涟漪。
作者:黄金纷歌2016 时间:2020-09-26 20:07:25
  @闲倚胡床与谁同坐 2020-09-26 10:10:48
  留美预备学堂能研发芯片了?确认不是替洋大人当木马?
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  henkeneng
作者:对花饮醉 时间:2020-09-26 20:09:59
  专业人士的活儿。
作者:用第三眼看 时间:2020-09-26 21:55:02
  北大的方案显然更好,更有前景,为大规模商业化生产铺平了道路。
  产业化已经近在咫尺了。美国的已经落后了。
作者:金刚豆腐金钢 时间:2020-09-26 22:16:33
  别老想着弯道超车了,这个想法会害死人,基本上都翻车了。中国不少人老是有这种想法,实际上是一直以来的急功近利思想作祟,所以老是想着投机取巧走捷径,最后几乎都一事无成。弯道超车的都超到南泥湾去了。
  这种思想也让中国的科研经费很少投到见效慢的基础研究上去。据统计,去年核高基(核心、高科技、基础研究)方面的投入,美国是中国的20倍,仍是云泥之别。
  • 金刚豆腐金钢: 举报  2020-09-26 22:22:50  评论

    评论 金刚豆腐金钢:想要用一个所谓突破性的东西来一个整体的颠覆,在不少中国处于落后而且赶超无望的产业里都有过,几十年前就有各色各样的颠覆梦,但到现在,一个也没有实现过。
  • 金刚豆腐金钢: 举报  2020-09-26 22:30:43  评论

    反而使中国在各个核心科技方面毫无进展。不客气地说,中国到现在没有掌握一个真正的核心技术,一项都没有。最近几年的科技脱钩战下来,才发现,中国的核心科技原来这么孱弱,表面上的应用领域仿佛比较先进了,但一旦被断供,立马直接瘫痪,没有任何反抗余地,只能乞求别人施舍,给点残羹,真可怜啊。
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作者:wutingjun 时间:2020-09-27 00:56:34
  当年的发明氢弹,没人发表论文和申请专利吧。
作者:30岁了2016 时间:2020-09-27 09:25:22
  看到是大,觉得希望不大。还是中科大更靠谱点
作者:话说当年万户侯 时间:2020-09-27 09:53:09
  哈哈哈

  看到国关的各位怪胎没有?

  中国人的团队,中国人的技术,在三代芯片做出了成绩,几个所谓的爱国人士居然说北大卖国?

  这帮人扛着爱国的大旗,干着不可告人的事情

  仔细揣摩下这类怪胎是爱的哪门子国

  哈哈哈
作者:度人舟 时间:2020-09-27 09:59:11
  北大的功底还是在的。不过近几年的表现实在不敢恭维,不如和西北工业大学成立个联合实验室。逐步过渡到西工大开发。 还有说北京的孩子上清北的素质不行的, 说句实在话,前几年我也是这么看,但是现在我孩子在帝都上初中了,发现的确错了,帝都孩子的竞争压力也是山大的。。。也许,这才是我们国家未来超越其他国家,登顶蓝星的秘密所在。。。
作者:中部崛起7 时间:2020-09-27 10:04:23
  @zjlqzxj 2020-09-26 08:46:38
  有一件事我想不通,中国的科学家为什么到国外去发表论文?虽然论文说的只是原理和方向,但原理和方向也是秘密啊!怎么能轻易透露?还为了让老外看懂,用英文来发表,迁就他们,难道全民英语的目的就是为这个吗?真是岂有此理。
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  因为规定是:评职称、评奖、评院士都看的国际顶级期刊发表的论文!要修改规则!
作者:ty丶幸福的男人 时间:2020-09-27 10:57:02
  这个如果成真,一定振奋人心
作者:秋夜寂无声 时间:2020-09-27 11:07:43
  @zjlqzxj 2020-09-26 08:46:38
  有一件事我想不通,中国的科学家为什么到国外去发表论文?虽然论文说的只是原理和方向,但原理和方向也是秘密啊!怎么能轻易透露?还为了让老外看懂,用英文来发表,迁就他们,难道全民英语的目的就是为这个吗?真是岂有此理。
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  因为一帮崇洋媚外这设计的用人制度,导致了学者不得不去外国发表文章,比如:在职称评定、学术水平认可等等多方面,国外的文章就不国内的违章管用,很多高校,没有国外留学经历、没有国外学术刊物的文章,就别想被聘任为教授。
作者:脚史 时间:2020-09-27 12:02:48
  直接捐款门不行啦?
  愁死屎派东林了哦
作者:姚村兄弟 时间:2020-09-27 14:24:14
  只看不说话
作者:时尚花季 时间:2020-09-27 14:45:22
  新科技中国不输美国,如,量子技术,智能技术等,但愿中国在将来影响世界未来的新技术上早日成为王者
作者:firecattle2009 时间:2020-09-27 17:03:20
  北大上市公司那么多,其实可以通过上市公司融资使新技术产业化的
作者:正义黎明双塔奇兵 时间:2020-09-29 10:16:38
  凭借中国现在的工业基础一定可以胜过美国
作者:南风吹吹意 时间:2020-09-29 10:29:27
  科技创新是现代国家的战略高地
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