天津大学立大功!“中国芯”性能提升1000%,拜登始料未及

来源:原创 z'g 志国讲实   发布时间:2024-02-21 15:10:24 

今天我要跟大家分享一个令人振奋的消息,那就是我国科研人员在石墨烯半导体领域取得了重大突破,这将为我们的半导体产业带来新的希望和机遇!

我们都知道,半导体是现代科技的核心,它决定了我们的计算机、手机、智能设备的性能和功能。但是,我们也都知道,我们在半导体领域一直处于被动的局面,受制于美国的技术封锁和制裁,我们的芯片产业一直难以自主创新,只能依赖于进口的设备和材料。这让我们的高科技企业如华为等遭受了巨大的损失和困难。

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为什么我们会陷入这样的困境呢?原因就在于我们一直没有掌握半导体的核心技术,那就是光刻机。光刻机是制造芯片的关键设备,它可以在硅晶圆上刻出微小的电路图案,从而形成晶体管,实现电子信号的传输和处理。目前,全球最先进的光刻机由荷兰的ASML公司垄断,它可以制造出2nm的芯片,而我们国产的光刻机只能做到90nm,相差了近50倍!这就意味着我们的芯片性能和功耗都远远落后于国际水平,无法满足我们的需求和发展。

那么,我们有没有办法突破这个瓶颈呢?答案是肯定的!我们可以通过换一种材料,换一种思路,来实现半导体的革命性创新。这种材料就是石墨烯,这种思路就是石墨烯半导体。

石墨烯是一种由单层碳原子组成的二维材料,它被誉为“新材料之王”,因为它具有许多惊人的特性,比如超强的强度、超高的导电性、超低的阻抗、超快的电子迁移率等等。这些特性使得石墨烯在电子学、光学、能源、生物等领域都有着广阔的应用前景。但是,石墨烯也有一个致命的缺点,那就是它没有带隙,也就是说它不能像普通的半导体那样,通过控制电压来实现开关的功能,从而实现逻辑运算。这就限制了石墨烯在数字电路领域的应用。

为了解决这个问题,科学家们一直在努力寻找一种方法,来给石墨烯创造出一个合适的带隙,从而使其具有半导体的特性。这就是所谓的石墨烯带隙工程。但是,这并不容易,因为石墨烯的结构非常稳定,要改变它的电子性质,需要付出很大的代价,比如牺牲它的迁移率、引入缺陷、增加复杂度等等。这些方法都没有达到理想的效果,石墨烯半导体一直是一个遥不可及的梦想。

直到最近,天津大学的研究团队,打破了这个梦想的壁垒,他们成功地制造出了世界上第一个由石墨烯制成的功能半导体,这一成果发表在了国际顶级期刊《自然》上,引起了全球的关注和赞誉。

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他们的方法是这样的,他们使用了一种特殊的熔炉,在碳化硅晶圆上生长出单层的石墨烯,然后在石墨烯上覆盖一层有机薄膜,再进行一种非平衡退火的处理,使得石墨烯和碳化硅之间形成了化学键,从而产生了半导体的特性。这种半导体石墨烯的结构和石墨烯几乎一样,但是它的电子性质却完全不同,它具有一个合适的带隙,可以实现开关的功能,而且它的迁移率非常高,达到了硅的10倍以上,这意味着它的速度和性能都远远超过了硅基半导体。

而且,这种半导体石墨烯还具有很好的稳定性和兼容性,可以与其他的石墨烯层无缝连接,也可以使用传统的半导体制造技术进行图案化和器件制作。更重要的是,这种半导体石墨烯还可以与电子的量子机械波动性相匹配,这为未来的量子计算领域提供了一个新的平台和材料。

这项研究的意义是非常巨大的,它为我们的半导体产业开辟了一条新的道路,让我们有了换道超车的可能性。我们不再需要依赖于美国的光刻机,我们可以用石墨烯半导体来制造出更先进、更高效、更节能的芯片,从而提升我们的科技实力和竞争力。这对于我们的国家安全和经济发展都是至关重要的。

当然,这项研究还只是一个初步的突破,距离真正的工业化应用还有很长的路要走,需要我们的科研人员继续努力,不断完善和优化这种材料的性能和制造工艺,也需要我们的产业界和政府给予更多的支持和投入,才能让这种材料真正走进我们的生活,造福我们的人民。

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