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碳基半导体与碳化硅晶片的区别
http://www.tyn99.cn 2020-06-15 15:39:40 科技风景线

我国近日在碳基半导体材料的研制方面有了非常重要突破,近日在碳化硅晶片量产方面也取得重大进展,相同的“碳”字,不同的材料,一个是晶片,一个是芯片。

硅基半导体、碳基半导体以及碳化硅晶片的区别:

一、碳基芯片是热兵器,硅基芯片是冷兵器

碳基半导体,就是碳纳米管为材料的半导体,而我们现在所说的芯片是采用的硅晶体,用于制造芯片的话,可以简单的理解为,一个是用碳制造的芯片,一个是用硅制造的芯片,材料本质上完全不同;

和硅晶体管相比较,使用碳基半导体制造芯片,优势很大,在速度上,碳晶体管的理论极限运行速度是硅晶体管的5-10倍,而功耗方面,却只是后者的十分之一。

这次,北大张志勇与彭练矛教授在高密度高纯半导体阵列碳纳米管材料的制备方式上获得突破,意味着我们很有可能打破在硅晶体芯片上的落后局面,而直接进入到碳纳米管芯片领域,说句牛气的话,两者不在一个纬度,一个是热兵器,一个是冷兵器,差距很明显。

二、国产碳基半导体研究跻身世界第一梯队

更为关键的一点是,现在西方国家,尤其是美国,在一切有关硅芯片制造的技术、设备、材料、公司、人才等等方面,所取得技术优势,都是建立在硅晶体芯片之上的。

而一旦碳纳米管材料进入实际应用阶段,所带来的影响是超乎想象的,虽然还不至于说美国等西方国家、企业所建立起来的半导体产业优势,将全部归零,但是,最起码对于我们来说,我们已经跻身于碳基半导体领域的第一梯队,具有了很大的先发优势。

至于说,碳基半导体拥有如此大的优势,那为何西方国家没有研制呢?这又是一个误解,美国等西方国家,还有日韩等传统的半导体强国,不但研究了,而且时间很早,不过,基本上都是半途而废,除了现在美国还在进行, 其他国家基本上都因遇到技术难题的放弃了研制,包括英特尔这样的巨头,也放弃了。

三、碳基半导体材料,是基础科研中的基础

彭练矛教授研究团队则在碳基半导体的研制方面,已经进行了二十多年,二十年的坚守与付出,才有了今天的成功,由此可见,碳基半导体材料的研制难度之大,超乎想象。

所以,当我们的科研团队获得突破之后,国人是如此的激动。这个也充分反映出来,在基础科学、基础材料的研究方面,真的非常耗费时间,有的科研人员,可能耗费了一辈子的精力,也没有出多少成果,而正是张志勇教授、彭练矛教授等科研人员的坚守与不懈努力,才有了今天的成就,可以说,做基础科研的人,才是非常了不起的人!

四、碳化硅的主要应用领域不是芯片

现在芯片使用高纯度硅制造的,碳基半导体芯片是用碳制造的,而碳化硅则是属于碳与硅的化合物,在属性上区别很大。

虽然碳化硅也是一种半导体材料,不过,SiC的主要应用方向是在功能陶瓷、高级耐火材料、磨料及冶金原料领域。

而在半导体应用上,碳化硅的应用主要在大功率、高温、高频和抗辐射的半导体器件上,以满足高压、高频、高功率、高温以及抗辐射等半导体器件的应用需求。

这次,中国电科(山西)碳化硅材料产业基地实现了国产4英寸高纯半绝缘碳化硅单晶衬底材料的工业生产,也突破了6英寸高纯半绝缘碳化硅单晶衬底的研制,意味着打破了国外厂商对我国碳化硅晶体生产技术的长期封锁,将对碳化硅衬底的射频器件以及电力电子器件领域带来重要的推动作用。

硅基半导体、碳基半导体以及碳化硅晶片都属于基础材料科学,在研究需要长期的探索,尤其是在高纯度制造方面,更需要花费大量的精力。该技术一旦获得成功,就会建立起来极高的技术壁垒,而现在我们在碳基半导体、碳化硅晶片的研制方面,都已经获得了突破。

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