炭集成电路

⑴ 碳基集成电路将用什么设备来加工

所谓的碳基集成电路，就是以碳纳米管晶体管（简称CNT FET）为核心元件的芯片，前面的回答，对什么是碳纳米管晶体管以及用什么设备加工，避而不谈，所以不请自来，强答一发。先了解什么是碳纳米管晶体管。

还有许多概念产品，这里不一一列举了，不过这些碳纳米管晶体管万变不离其宗：都有源极、漏极和栅极等晶体管的基本构件；碳纳米管是核心器件，硅晶圆从过去的主角（核心材料），退居龙套位置（做衬底），即核心材料变了；更重要的是，核心材料变了，相应的半导体设备也会被淘汰，现有的光刻机派不上用场，因为碳纳米管是“长出来的”，不是“刻”出来的，ASML现有的技术积累派不上用场，有希望化解我们一直以来在高端光刻机上被卡脖子的问题。原因很简单，碳纳米管晶体管器件制作，相应的集成电路制造，需要用到新工艺，面临新挑战，国内外站在一条起跑线上。

⑵ 碳纳米晶体管有什么性能

现在，科学家已开发出了当今性能最优异的碳纳米晶体管，它在某些方面的性能指标，已超过了世界上最先进的硅晶体管。这一发明，让未来半导体行业的主要材料碳纳米晶体管取代了硅晶体管，在创造发明的前进道路上又迈出了一大步。

这种新开发出的“单层碳纳米管场效应晶体管”，采用的结构与传统的“金属氧化物半导体场效应晶体管”非常相似。其单位宽度的跨导参数值是目前性能最好的“金属氧化物半导体场效应晶体管”的2倍以上。用这样的方法制造出来的碳纳米晶体管，和以前设计的碳纳米晶体管比较，在衡量晶体管电流载流量的跨导参数值上创造了新的最高纪录。载流量与晶体管的速度有着一定的关联性，跨导参数值越高，晶体管的运行速度就会越快，所制造成的集成电路的功能，也将会更加的强大。

现有的硅芯片在未来十几年将达到物理极限，能显著缩小晶体管尺寸的纳米电子技术，将会大有所为。其中，具有神奇性能的碳纳米晶体管替代硅材料将是一个发展的趋势。

科学家证实，碳纳米晶体管作为硅晶体管的替代品，可行性是非常大的。在目前看来，科学家无法找到通过缩小硅芯片的尺寸来提高芯片速度很好的办法，所以，碳纳米晶体管的作用将会显得更加突出。

科学家指出，碳纳米晶体管的电子器件真正的被商业化应用，从而投入使用，可能还需要十几年的时间。不过，从硅电子时代到纳米电子时代的过渡，是不会一蹴而就的，它将是一个循序渐进的过程。

⑶ 碳原子通常参与什么类型的键合

离子掺杂应该就是通过离子注入工艺来实现的包括施主杂质或受主杂质的掺杂，掺杂方式还有扩散掺杂，不过精确度不高而且掺杂时间过长，大部分的半导体或面板等行业都是离子注入方式。离子注入的优点有1.纯度高：离子是通过磁分析器选出来的；2.均匀度好：同一平面均匀度一般可保证在±3%；3.能够精确控制注入剂量和深度；4.温度较低，不会发生热缺陷；5.能够利用PR胶或金属作为掩膜板进行选择性区域注入。等等缺点：很深的注入不能实现；注入后会对半导体晶格产生损伤，但可以通过退火来修复。用途：集成电路对半导体电学特性的控制，金属的改性等等

⑷ 碳基芯片是真事儿，还是在忽悠人

您好，很高兴回答的您问题，以下是我的个人观点。

当然是真事儿，而且这个芯片有很多优势。

在硅基芯片的发展上，中国面对重重障碍，EDA软件、IP、晶圆、生产工艺、设备等等的技术都遭到技术封锁，高端芯片产业链几乎没有中国的份额，华为海思很不容易搞出芯片来，马上就遭到美国的打压。

碳基技术，真的会在不久的将来应用在国防科技，卫星导航，气象监测，人工智能，医疗器械这些与国家和人民生活息息相关的重要领域。

彭练矛说“相对于一些时髦的新应用技术，类似芯片这样的基础性研究应该获得更多的关注，因为它对于一个国家的科技实力提升起着更为核心和支撑的作用。”

但是我认为要是投入到工业生产，还是要经过很长的一段路程，希望他们能快点找到解决办法，所以，要真正做到芯片国产化，不仅要提高芯片研发能力和生产能力，还需要提高我国的光刻机研发的制造能力，这些科技都需要花费很长时人力物力和资金，虽然困难重重，我依然认为不久的将来一定会实现的。

⑸ 彭练矛说碳基电子是国产芯片技术突围利器，他为何这么说

彭练予是谁？他是中国科学院院士、湖南先进传感与信息技术创新研究院院长，他在“碳基材料与信息器件研讨会” 上表示，针对中国半导体材料、制造工艺和芯片设计落后的状况，碳基电子大有所为，其对国产芯片技术突围具有重要价值和意义。

多年来，为了在碳芯片研究上取得突破，国家投入了巨大的研发资金。日前，北京元芯碳基集成电路研究院宣布，中科院北京大学教授彭练矛和张志勇率领团队突破了长期困扰碳基半导体制备的瓶颈。有评论称，这项成果相对美、韩等国当前先进的硅基半导体技术，不是“弯道超车”，而是“造路超车”，将促进全球半导体行业迎来大洗牌。

⑹ 生产碳基芯片需要光刻机吗

在当今社会芯片已经在我们的生活中占据了非常重要的位置，小小的芯片背后凝聚着全世界最先进的科学技术没有之一，以硅为材料的硅基芯片发展了几十年，越来越多的晶体管被集成在这个方寸之间，现在高端手机芯片的晶体管已经超过了1百亿个，在硅基芯片上摩尔定律已经接近了天花板，人们不断在寻找新的材料来突破碳基芯片遇到的这个瓶颈，目前最先进的碳纳米管制造的就是非常理想的晶体管材料，基于碳纳米管制造的碳基芯片并不需要光刻机。

硅基芯片和碳基芯片的生产方式

中国在这场未来科技战场的竞争中稍微领先

与麻省团队的实用功利主义思路不同，北大的实验团队目标是可以完全超越硅基芯片的创新思想。2020年5月，北大实验团队在《科学》杂志上再次取得突破性进展，他们解决了一种重要的难题，如何实现高纯度碳纳米管的整齐排列搭建，他们创新性的制备出纯度优于99.9999%的碳纳米管溶液，利用高纯度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搭建。

通过这种发放他们制造出的微处理器比麻省实验室制造出的微处理器要小，但是相比特征长度相似的硅晶体管，碳基晶体管显示出了更大优越的性能。

最后总结：

碳基芯片的制造就是需要在晶圆上制备大面积，高密度高纯度的碳管排列，目前北大的相关研究技术已经领先全球，假以时日我相信中国的碳基芯片研究一定会在商业应用上取得突破，早日突破国外的技术壁垒，制造出高端先进的碳基芯片。

⑺ 碳、硅、锗、锡、铅（碳族元素）中有哪些是半导体

其中硅锗为半导体元素可跟据对角线原则在周期表查出（碳较特殊构成不同则或表现优异的绝缘性或优良的导电性

⑻ 碳纳米管半导体和金属型的区别是什么

在纳米尺度下，物质中电子的波性以及原子之间的相互作用将受到尺度大小的影响。由纳米颗粒组成的纳米材料具有以下传统材料所不具备的特殊性能：

（1）表面效应 球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比，故其比表面积表面积／体积）与直径成反比。随着颗粒直径变小，比表面积将会显著增大，说明表面原子所占的百分数将会显著地增加。同时，表面原子具有高的活性，且极不稳定，它们很容易与外来的原子结合，形成稳定的结构。所以，在空气中金属颗粒会迅速氧化而燃烧。利用表面活性，金属超微颗粒可望成为新一代的高效催化剂和贮气材料以及低熔点材料。

（2） 小尺寸效应 随着颗粒尺寸的量变，在一定的条件下会引起颗粒性质的质变。由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。纳米颗粒尺寸小，表面积大，在熔点，磁性，热阻，电学性能，光学性能，化学活性和催化性等都较大尺度颗粒发生了变化，产生一系列奇特的性质。例如，金属纳米颗粒对光的吸收效果显著增加，并产生吸收峰的等离子共振频率偏移；出现磁有序态向磁无序，超导相向正常相的转变。

（3） 量子尺寸效应 各种元素的原子具有特定的光谱线，如钠原子具有黄色的光谱线。原子模型与量子力学已用能级的概念进行了合理的解释，由无数的原子构成固体时，单独原子的能级就并合成能带，由于电子数目很多，能带中能级的间距很小，因此可以看作是连续的，从能带理论出发成功地解释了大块金属、半导体、绝缘体之间的联系与区别，对介于原子、分子与大块固体之间的超微颗粒而言，大块材料中连续的能带将分裂为分立的能级；能级间的间距随颗粒尺寸减小而增大。当热能、电场能或者磁场能比平均的能级间距还小时，就会呈现一系列与宏观物体截然不同的反常特性，称之为量子尺寸效应。例如，导电的金属在超微颗粒时可以变成绝缘体，磁矩的大小和颗粒中电子是奇数还是偶数有关，比热亦会反常变化，光谱线会产生向短波长方向的移动，这就是量子尺寸效应的宏观表现。因此，对超微颗粒在低温条件下必须考虑量子效应，原有宏观规律已不再成立。

（4） 宏观量子隧道效应 电子具有粒子性又具有波动性，因此存在隧道效应。近年来，人们发现一些宏观物理量，如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等亦显示出隧道效应，称之为宏观的量子隧道效应。量子尺寸效应、宏观量子隧道效应将会是未来微电子、光电子器件的基础，或者它确立了现存微电子器件进一步微型化的极限，当微电子器件进一步微型化时必须要考虑上述的量子效应。例如，在制造半导体集成电路时，当电路的尺寸接近电子波长时，电子就通过隧道效应而溢出器件，使器件无法正常工作，经典电路的极限尺寸大概在0．25微米。目前研制的量子共振隧穿晶体管就是利用量子效应制成的新一代器件。 纳米材料按维数可分为：零维的纳米颗粒和原子团簇，它们在空间的三维尺度均在纳米尺度内（均小于100nm）；一维的纳米线、纳米棒和纳米管，它们在空间有二维处于纳米尺度；二维的纳米薄膜，纳米涂层和超晶格等，它们在空间有一维处于纳米尺度。这里我们详细介绍一下倍受人们关注的准一维纳米材料——碳纳米管。 碳纳米管（carbon nanotubes）于 1991年由 NEC（日本电气）筑波研究所的饭岛澄男（Sumio Iijima）首次发现。碳纳米管，又称巴基管（buckytubes），属于富勒（fullerene）碳系。碳纳米管的发现是伴随着C60研究的不断深人而实现的。1991年，饭岛澄男用石墨电弧法制备油的过程中，发现了一种多层管状的富勒碳结构，经研究证明它是同轴多层的碳纳米管。碳纳米管是一种纳米尺度的，具有完整分子结构的新型碳材料。它是由碳原子形成的石墨片卷曲而成的无缝，中空的管体。 碳纳米管由于其独特的结构和奇特的物理，化学和力学特性以及其潜在的应用前景而倍受人们的关注，并迅速在世界上掀起了一段研究的热潮。今年4月底美国IBM公司科学家宣布，他们用纳米碳管制造出了第一批晶体管。这一晶体管领域的技术突破有可能导致更小更快的芯片出现，并可能使现有的硅芯片技术逐渐被淘汰。8月第日本九州大学教授新海征治通过试验成功地把碳纳米管制作成环状。据认为，这种环状碳纳米管有新的物性，值得进一步研究。我国在碳纳米管领域的研究一直走在世界的前列：中国科学院物理研究所解思深在成功地发明了碳纳米管走向生长新方法的基础上（这方面的文章发表在1996年的美国《科学》杂志上），又成功地制备出长度达3mm毫米的超长碳纳米管阵列，其长度比现有碳纳米管的长度大l－2个数量级，创造了一项“3mm的世界之最”，受到了国内外的普遍关注（该项成果已发表于1998年8月出版的英国《自然》杂志上）；中国科学院物理研究所解思深研究员领导的研究小组利用常规电弧放电方法，首次制备出世界上最细的碳纳米管，其内径仅为0.5nm，这一结果已十分接近碳纳米管的理论极限值0.4nm。该研究成果“Creating the narrowest carbon nanombes”已发表在2000年第一期Naiurei[L．F．Sun，S．S．Xie，etaI、Nature，403(2000)384]，英国著名新闻媒体BBCNEWS也在互联网上专门报道了这一消息，并称“中国科学家首次制备出世界最细碳纳米管，中国纳米管的最小尺寸为o.5nm，距理论极限值仅差0.1nm”。今年6月，中科院化学所有机固体研究室日前成功研制了超双疏阵列碳纳米管膜。该所的江雷研究员认为，该成果进一步证明了我国科学家在该领域的理论设想：是纳米级结构决定了超疏水的效果，而不是人们原来认为的微米级结构在起作用。

作为一种新型的纳米尺度的“超级纤维”材料，碳纳米管具有许多其他材料不具备的力学，电学和化学特性。这些特住使得碳纳米管的应用前景十分广阔：

（1）高硬度，质轻。理论计算和实验研究表明，单壁碳纳米管的杨氏模量和剪切模量都与金刚石相当，其强度是钢的100倍，而密度却只有钢的六分之一，是一种新型的“超级纤维”材料。关于碳纳米管这种“超级纤维”材料，有人曾作了一个奇特的设想，用它来制造太空升降机的缆绳。如果人类将来真的有一天能够制造出太空升降机用作从地球到外层空间站的通道的话，碳纳米管缆绳将是唯一不会因为自重而折断的材料。

（2）高柔性，高弹性。最近的实验还表明，碳纳米管同时还具有较好的柔性，其延伸率可达百分之几。不仅如此，碳纳米管还有良好的可弯曲性，它不但可以被弯曲成很小的角度也可以被弯曲成极其微小的环状结构，当弯曲应力去除后，碳纳米管可以从很大的弯曲变形中完全恢复到原来的状态。除此之外，即使受到了很大的外加应力，碳纳米管也不会发生脆性断裂。由此看来，纳米管具有十分优良的力学性能，不难推测，这种“超级纤维”材料在未来工业界将会得到很多的应用，其中之一是用作复合材料的增强剂。

（3）场电子发射性质。近年来，研究发现碳纳米管的端口极为细小而且非常稳定，十分有利于电子的发射。它具有的极佳场发射性能将使其有望取代目前使用的其他电子发射材料，成为下一代平板显示器的场发射阴极材料。我国西安交通大学朱长纯教授率领的小组首次利用碳纳米管研制出新一代显示器样品。在普通电压的驱动下，一厘米见方硅片上有序排列的上亿个碳纳米管立刻源源不断地发射出电子。在电子的"轰击"下，显示屏上"CHINA"字样清晰可见。这个显示器已连续无故障运行，显示质量和性能没有出现任何衰减。

（4）储氢功能。氢气成本低且效率高，在能源日益显现不足和燃油汽车造成人类生存环境极大污染的今天，以氢燃料作为汽车燃料的呼声不断出现，日益高涨。世界四大汽车公司，美国的通用公司和福特公司，日本的丰田公司，德国的戴姆勒—奔驰公司，都在加快研制氢燃料汽车的步伐。汽车要使用氢燃料作为动力，其关键技术环节有两个，一是贮氨技术，二是燃料电池技术。目前，燃料电池技术已经成技，因此氢气在汽车上的贮存技术已经成为发展氢燃料汽车的关键。传统的贮氢方法有两种，一种是采用压缩贮氢的方式，用高压钢瓶（氢气瓶）来贮存氢气；钢瓶贮存氢气的容积很小，即使加压到l50个大气压，瓶里所装氢气的质量还不到氢气瓶质量的1%，而且还有爆炸的危险。另一种是采用液氢贮氢的方式，将气态氢降温到-253℃变为液体进行贮存；氢气液化的费用非常昂贵，它几乎相当于三分之一液氢的成本；而且，液氢的贮存容形异常庞大（占去汽车内的有限空间），需要极好的绝热装置来隔热，才能防止液态氢不会沸腾汽化而避免浪费。以上诸多的原因，使得以氢气作为汽车动力燃料的应用一直都遇到很大的困难。尽管近年来，人们在不断开发利用贮氢合金来贮存氢气，但高性能的贮氢材料一直是人们寻求的目标。 碳纳米管出现后，人们在不断探讨碳纳米管用于贮氢的可能性。最近的研究结果表明，这一技术的实际应用可望在不久的将来得以实现。1999年，美国国家再生能源实验室（National Renewable Energy Laboratory）和IBM公司首次测试了碳纳米管吸附氢气的能力（贮存氢气的能力）、并发现，碳纳米管吸附氢气的能力随着管径的增大而提高。在一个大气压和室温下，锂和钾化学掺杂的碳纳米管的吸氢能力分别提高到对20wt％和14wt％，它们远远超过了6.5wt％的贮氢技术指标。这些研究结果证明，用单壁碳钢术管不需高压就可贮存高密度的氢气，并由此可望解决氢燃料汽车所要求的能够工作在室温下的低气压，高容量贮氢技术难题。

⑼ 什么是碳基芯片“碳基芯片”会取代硅基芯片吗

在芯片的发展过程中，人们开始探寻新的材料想要代替硅基芯片，而其中碳元素由于本身具有许多优质特性，于是便采用碳纳米管来做晶体管，由此做成的碳基芯片。

硅基芯片短时间内无法被取代
用碳纳米管来做传导，晶体管电子迁移率可达到硅晶体管的1000倍，电子的群众基础更好，而且碳纳米馆里的垫子自由城非常长，电子活动更自由，就不容易摩擦发热，这样一来看晶体管的极限运动速度会是硅晶体管的5~10倍，功耗方面只有硅晶体管的1/10，这样一来工艺条件就会变得更宽松一些。
虽然这个概念已经被提了出来，但是想要真正的取代硅基芯片，还是没有那么简单的，因为目前碳经济管没有办法量长，碳元素太过活泼，而且介电常数比较低，所以我们目前的技术存在着一定的技术障碍，除了技术障碍之外，成本以及成本率的问题，目前同样难以克服。