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來(lái)源：新華網(wǎng) 當人類(lèi)生活越來(lái)越離不開(kāi)手機、電腦等電子產(chǎn)品時(shí)，這些產(chǎn)品的核心部件芯片正面臨著(zhù)性能極限的逼近。 好在科學(xué)家們正在探索用新材料來(lái)替代硅制造芯片，從而沖破芯片的物理極限。在這方面，中國科學(xué)家已經(jīng)走在了世界前列，這也為中國芯片產(chǎn)業(yè)的換道超車(chē)提供了可能。 北京大學(xué)電子系教授彭練矛帶領(lǐng)團隊成功使用新材料碳納米管制造出芯片的核心元器件——晶體管，其工作速度3倍于英特爾最先進(jìn)的14納米商用硅材料晶體管，能耗只有其四分之一。該成果于今年初刊登于美國《科學(xué)》雜志。 “如果把芯片比作一棟房子，晶體管就是建房的磚頭，一棟棟的房子就構成了我們的信息社會(huì )�！迸磉B矛說(shuō)。 硅是傳統的半導體材料。長(cháng)期以來(lái)，整個(gè)半導體產(chǎn)業(yè)遵循摩爾定律，不斷縮小晶體管尺寸以提升其性能。而業(yè)界認為，摩爾定律將在2020年左右達到終點(diǎn)，即硅材料晶體管的尺寸將無(wú)法再縮小，芯片的性能提升已經(jīng)接近其物理極限。 在此背景下，人們一直在尋找能夠替代當前硅芯片的材料，碳納米管就是主要的研究方向之一。美國斯坦福大學(xué)、IBM公司的研究人員都在致力于該領(lǐng)域的研究。國際半導體技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)圖近年來(lái)多次引用彭練矛團隊的工作，來(lái)證明碳納米管是一個(gè)重要的出路。 彭練矛堅信，碳納米管晶體管技術(shù)的突破對于中國半導體產(chǎn)業(yè)意義深遠。 一直以來(lái)，芯片都是中國科技領(lǐng)域的短板。盡管中國是世界最大的半導體消費國，目前國產(chǎn)芯片的自給率尚不足三成。據專(zhuān)業(yè)研究機構統計，2015年中國大陸芯片產(chǎn)業(yè)進(jìn)口花費高達2307億美元，是原油進(jìn)口總額的1.7倍。 此外，彭練矛指出中國自主研發(fā)的芯片多是低端芯片，中國的芯片制造技術(shù)距離世界前沿水平還有3到5年的差距。 然而，隨著(zhù)硅材料的物理性能走向極限，碳基芯片的科研突破給中國芯片產(chǎn)業(yè)提供了換道超車(chē)的可能。 “我們的碳納米管晶體管研發(fā)技術(shù)領(lǐng)先世界。中國巨大的市場(chǎng)和雄厚的資金更是為我們提供了廣闊前景�！迸砭毭f(shuō)。 彭練矛在2000年之前就開(kāi)始研究碳納米管晶體管，至今已近20年。今年55歲的他自稱(chēng)是個(gè)愛(ài)做夢(mèng)的人。 盡管每天面對的是顯微鏡下比紅細胞還小的晶體管，彭練矛腦海里經(jīng)常浮現的是一幅幅關(guān)乎人類(lèi)命運的未來(lái)圖景：連續使用若干天無(wú)需充電的智能手機；可穿戴、舒適的微型醫療傳感器；敏感性更高的機器人皮膚…… 彭練矛在碳納米管的研究上取得的成就意味著(zhù)，他關(guān)于未來(lái)的種種夢(mèng)想或將在不久的將來(lái)成為現實(shí)。 “碳納米管晶體管比同尺寸的硅基晶體管速度快5到10倍，功耗只有其十分之一�！迸砭毭f(shuō)。 由于能耗低，未來(lái)手機電池續航能力會(huì )大大提高。同時(shí)，安裝了這種高效芯片后，未來(lái)手機的攝像頭性能也將大大增強。 碳基芯片不僅能表現出更優(yōu)異的性能，更令人振奮的是，它還可能做硅基芯片所做不到的事情。 彭練矛的團隊已經(jīng)在著(zhù)手研究碳材料的醫用傳感器，用來(lái)檢測血壓、心跳和血糖等生化指標。由于碳材料與人體兼容性高，且有良好的柔韌性，這種傳感器可以完美貼合皮膚，讓人感覺(jué)不到它的存在。 該團隊還在研究用碳材料打造汽車(chē)輔助駕駛系統中的紅外監控攝像頭。夜間安全行駛是輔助駕駛須攻克的難關(guān)之一。由于碳材料在近紅外感光性極好，用在夜視設備上可以達到極高清晰度，且對不發(fā)熱的物體以及濃霧中的物體也能成像，遠勝于目前常用的紅外熱像儀。 夢(mèng)想熠熠生輝，但前路并非一片坦蕩。 從實(shí)驗室到產(chǎn)品的這個(gè)中間環(huán)節在科技界有“死亡谷”之稱(chēng)。 想要跨越“死亡谷”、走上工程化的坦途，除了更多的技術(shù)難關(guān)需要科學(xué)家攻破，來(lái)自國家和企業(yè)的支持與合作也必不可少。 2014年6月，《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》發(fā)布，集成電路產(chǎn)業(yè)被定義為支撐經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展和保障國家安全的戰略性、基礎性和先導性產(chǎn)業(yè)。當年9月，國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金成立，首期規模1200億元。 《中國制造2025》明確提出，2020年芯片自給率要達到40%，2025年達到50%。 “相對于一些時(shí)髦的新應用技術(shù)，類(lèi)似芯片這樣的基礎性研究應該獲得更多的關(guān)注，因為它對于一個(gè)國家的科技實(shí)力提升起著(zhù)更為核心和支撐的作用�！迸砭毭f(shuō)。 |
