沙子，一個看似很普通的材料，但是卻有著非同尋常的用途，它可以制作成漂亮的玻璃制品，還可以用作建筑材料，甚至還能制作出性能強大的芯片，通過提煉后的沙子會被制作成硅錠，打磨切割后就成了晶圓，而通過光刻和蝕刻等上千道工序后，得到的就是我們想要的芯片。
在芯片領域，都在遵循著摩爾定律的發展，當價格不變的情況下，同類型和體積的芯片里面包含的晶體管每隔18-24個月就會增加一倍，性能也將提升一倍。隨著納米工藝的升級，目前以臺積電為首的芯片生產廠家已經完成5nm工藝的量產，芯片內部包含的晶體管已經達到了上百億顆。按照摩爾定律的說法，如果芯片里面的晶體管想要繼續增加，就需要更先進的納米工藝，比如臺積電正在研發的2nm工藝，但受到硅材料特性光刻機等設備的條件限制，很多網友覺得，2nm已經到達了硅基芯片的生產極限，想要突破1nm將面臨著非常大的困難。
眼看著摩爾定律馬上就要走到極限，有沒有一種新的方法能繼續延續摩爾定律的發展呢，很多科學家都在想，既然普通的沙子做成的硅芯片都有著如此優異的性能，如果我們把這些材料更換成目前已經研發突破具有超導性能的石墨烯或者碳納米管，那么芯片的性能是不是會成指數倍的增加呢，答案是肯定的。為了讓大家了解更加深刻，我們先了解一下什么是納米管，什么樣的碳納米管才能用來制作芯片呢。
碳納米管最早發現于1991年，是一種特殊結構一維量子材料，碳納米管形狀為六邊形結構，有著重量輕、韌性好、導電和導熱性能優等特點。碳納米管可以看做是石墨烯片層卷曲而成，根據石墨烯片的層數，可以分為單壁碳納米管和多壁碳納米管，常用的碳納米管制備方法主要有：電弧放電法、激光燒蝕法、化學氣相沉積法（碳氫氣體熱解法）、固相熱解法、輝光放電法、氣體燃燒法以及聚合反應合成法等。
被用來制作芯片材料主要是因為碳納米管的超導性能和韌性。根據西瓜視頻創人“52赫茲實驗室”的介紹，使用碳納米管做成的晶體管電子遷移率是硅基材料的1000倍，是突破傳統芯片的主要替代材料之一。并且隨著折疊屏幕等設備的出現，碳納米管做成的芯片韌性更強，更能促進折疊式設備的發展。
使用硅材料的芯片叫做硅基芯片，而使用碳元素材料的我們稱之為碳基芯片。那么碳基芯片相比于硅基材料有什么優勢呢，我們都知道，傳統的計算機一直都是二進制來進行運算的，也就是我們常說的0和1，也就是晶體管的開和關，那么想要提升計算機的運算速度，很明顯，我們只需要提升晶體管的開關速度就可以了，而碳納米管具備有比硅材料更好的導電性，這就意味著在電路中的損耗更低，電流通過的速度更快，性能也就更強。根據北大的研究數據顯示，碳基芯片相比同柵長的硅基芯片提升約5-10倍左右，而功耗卻只有其十分之一。是突破傳統芯片的一種非常理想的可代替化方案。
既然碳納米管的性能如此優秀，為何我們還不大力生產呢，其實在碳基芯片的量產過程中，我們也遇到了很多的困難，比如碳納米管的提存和堆疊，能用來制作碳基芯片的碳納米管純度必須達到99.9999%以上，雖然在北京大學張志勇、彭練矛課題組的研究下，我國的單層碳管純度已經達到了99.99995%，但是離量產還需要一段時間。除此之外，碳納米管在芯片中如何對方也是目前需要解決的問題，畢竟現在的一顆5nm傳統芯片里面就包含了上百億個的晶體管，如果要將上百萬甚至上億根的晶體管搭接在一起形成晶體管，暫時還有得到技術上的突破。
幾個月前，北大張志勇教授和彭練矛教授課題組研究成果被曝光，我國已經發展出一種全新的提純和自組裝單層碳管的方法，并成功研制出碳基CMOS技術的晶體管和電路。這是碳基芯片首次被研制，也是我國在芯片領域發展的又一重大突破。
據了解，該碳基集成電路是在4英寸基底上獲得了間隔為5納米的垂直有序排列的碳管陣列。這種無摻雜的碳管CMOS晶體管，性能遠遠領先于傳統的硅基材料。但是張志勇教授和彭練矛教授也表示：我國的碳基芯片研究還處于初級階段，想要投入商用至少還需要3-5年的時間。而且我國相關研究人員的缺乏，也將導致此項研究的進展，國家應該大力的培養相關電子半導體產業的人才。從而才能擺脫對國內半導體產業的依賴。
芯片性能越強，設備的計算性能就越高，而碳基芯片的發現，不僅將突破摩爾定律的極限，在未來將為我們未來的智慧城市和大數據驅動提供充足的動力。國內自主芯片的發展也將成為我國基礎建設的重要部分。根據我國2025年的目標，國產芯片的自給率將達到70%，并且報道提集成電路產業相關的企業還可以獲得10年免稅的政策，很多國產芯片生產廠家也都被推上風頭，未來我國的芯片產業也將會發展的越來越好。
碳基芯片性能如此強悍，它是如何制作的，生產工藝中還需要用到ASML的光刻機嗎，相比于傳統芯片未來的發展前景如何。上西瓜視頻，搜索“52赫茲實驗室”，看北大碳基芯片VS 荷蘭EUV光刻機，孰能最終笑傲江湖？帶你追尋碳基芯片的制作原理，揭秘北大研發的碳基芯片是否能真的能擺脫光刻機的控制，了解未來我國在芯片制作領域能否能重新獲得自主權？
