1nm是什么概念？用对比就很清晰了，一个硅原子才0.384nm。1nm都没有三个硅原子合在一起大，也就是说，1nm芯片晶体管结构中栅极的线宽，仅够两个硅原子并列，三个都挤不下。</p>
从当前的理论来看，1nm芯片已是硅基芯片的理论极限了，因为到了这个制程工艺，量子隧穿的效应将无法避免，简单来说，就是电子会从一个晶体管无法控制地跑向另一个晶体管，使得晶体管的“0”和“1”状态混乱起来，导致该晶体管失效，芯片也就自然无法正常工作。</p>
其实在7nm制程时，量子隧穿效应已有一定机率出现了，只是通过特殊的新结构（如“FinFET”和“GAA”）来解决罢了，但这样的结果就功耗加大，芯片发热量增加。</p>
而且这样的新结构到了1nm时，因为量子隧穿效应的发生率太高而失效，能耗与发热量都超过了可以接受的范围。</p>
当然，理论是不断地进化的，据说IBM与叁星在不久前就声称研究出了所谓的“VTFET技术”，即“垂直传输场应晶体管技术”，以垂直方式堆叠晶体管，让芯片的电流以垂直的方式进行流通，以此减少量子隧穿效应，进而将硅基芯片的制艺推进到1nm以内。</p>
然而这更像是拿着不完善的实验室数据来吹嘘，提前吸引市场关注、提振股价，距离实验室出成果还有遥远的距离。</p>
正因为目前最成熟的硅基芯片都无法解决1nm芯片的量子隧穿效应，秦克对这份S级知识充满了兴奋，他很想看看系统的知识里，是如何解决这个量子层面的难题。</p>
而这篇《一种适用于1nm芯片的全新型碳晶复合纳米材料制作全流程》里提及到的碳晶复合纳米材料，确实也给了他非常大的惊喜。</p>
虽然没法子全部看明白，但七成左右的内容秦克还是能弄懂的，关键的技术细节部分不懂也能能猜个大概。</p>
他越看越是精神振奋。</p>
系统这份S级知识的核心是“碳晶复合纳米材料”，这是碳基路线的新型材料。</p>
碳基芯片并不是什么新概念，各国都加大力度来研究这个新方向，它的代表就是石墨烯芯片。</p>
当科学家们发现硅基芯片已几乎将“摩尔定律”折腾到失效了，就开始从芯片材料上着手，尝试寻找替代硅基材料的新型材料，目前主流的就是碳基材料，已有了不少的研究成果。</p>
最出名的是基于碳的N型半导体、P型半导体，以及碳纳米管场效应晶体管。</p>
夏国在这方面弯道超车，走在世界的前列。秦克在年初时从《物理学报》看到的那篇由姚文城、方世骥写的《基于冷源晶体管物理机制的亚60器件模拟研究》，里面提及到的就是“迪拉克冷源晶体管”也是属于碳纳米管场效应晶体管材料之一。</p>
但包括夏国在内，这些碳基材料技术大多数并不成熟，只能停留在实验室阶段。一来是至今未能完全解决二维材料的高阻、低电流问题，二来是它的工业化生产比硅基芯片难很多。</p>
众所周知，碳纳米管需要对碳原子进行提纯，但碳比较活泼，对它的提纯难度很大，目前能工业化生产的碳纳米管最大提纯度只有99.99%，而想要碳基芯片性能稳定，纯度必须保证在99.9999%以上。这意味着市场根本就无法提供能制作芯片的合格碳纳米管。</p>
碳基芯片制作的难点还有元件的组装问题，即在晶圆上均匀摆放碳纳米管，但精确定位和连接碳纳米管非常困难，目前技术远远无法突破。</p>
而这份S级知识里的碳晶复合纳米材料，是以石墨烯加上镓、铟、铋、锗、钼、铪、钯、钪、钇等十三种金属元素及其氧化物，组成了三维立体的全新型碳纳米管材料，因为形状像结晶，称之为“碳晶复合纳米材料”。</p>
它完美地解决了上述两个问题。</p>
首先因为特殊的结构特点，使得游离的碳原子特别少，制造出来碳晶复合纳米材料本身的纯度就能达到9个9，远远超过碳基芯片性能稳定要求的99.9999%，不需要二次提纯。</p>
而且酷似结晶的完美三维立体结构，里面包含了十三种金属及其氧化物组成的漏极、源极、接触电极、绝缘材料，能够大幅降低电阻和提高电流，还能够有效减少量子隧穿效应的影响。</p>
元件的组装问题同样很好解决，特殊的三维结构使得它可以轻松的相互吸收，整齐排列为完美的直线，可以轻松制造出超过12英寸的大尺度晶圆片。</p>
但光是这些优点，“碳晶复合纳米材料”还称不上“S级知识”。</p>
“碳晶复合纳米材料”最大的优点是，它能实现电荷量子比特的普适量子逻辑门操控，即它能用于量子芯片的制造。</p>
“碳晶复合纳米材料”本身的三维特殊结构，使得它组成晶圆并蚀刻了特定的电路后，通过激光激发，就能使“碳晶复合纳米材料”的两端“仓库”能同时存储出现纠缠的量子信息及对应的逻辑门，也就是“是”、“非”和“是或非”三种逻辑状态。</p>
这居然是一种能同时完美兼容碳基芯片与量子芯片的逆天材料！</p>
“碳晶复合纳米材料”制造方法被系统评定为S级知识的真正原因就在于此！</p>
可惜的是这份S级知识里并没提及如何将“碳晶复合纳米材料”制作成量子芯片。</p>
它只是提及了如何制造出这样“碳晶复合纳米材料”，而且是工业级的大批量低成本制造，成本甚至能比采取“FinFET”技术下硅基晶体管还要便宜五分之一。</p>
不但成本低，“碳晶复合纳米材料”的性能与功耗表现更是非常优异，秦克将S级知识里给出的理论数据进行了心算，以它制作出来的14nm芯片，性能应该能达到目前世界主流高端7nm硅基芯片（采用传统的“FinFET”技术）的100倍以上，功耗却不到后者的5%。</p>
恐怖如斯！</p>
目前国内的芯片晶圆厂商已能量产14nm的芯片了，换而言之，如果能生产出“碳晶复合纳米材料”并用于制造14nm的芯片，足以轻松秒杀掉国际上所有的7nm芯片！</p>
哪怕将来IBM和叁星真的成功采用所谓的“VTFET技术”制造出1nm的超高端芯片，也照样会被14nm的“碳晶复合纳米材料”芯片吊打！</p>
国产芯片的自主之路，一下子就能提前大半！</p>
秦克越看心跳得越快，差点连正在炖着的养生汤炖干了都没发现。</p>
这份S级知识真是太逆天了！</p>
哪怕隐藏了量子芯片的部分，光是用于制造碳基芯片，恐怕都会改变整个世界的芯片格局！</p>
难怪这份S级知识能够与《非线性偏微分方程“纳维-斯托克斯方程”的探究与详解》这样同样足以影响人类航空航天、地球物理、大气海洋、工业技术等领域的庞大知识体系相提并论。</p>
当然，以秦克现在LV2的“芯片技术”和LV1的“材料技术”，想吃透这份S级知识并在实验室里将“碳晶复合纳米材料”制造出来，还是很有些难度。</p>
秦克估计自己起码要“材料技术”达到LV3左右，才能做到。</p>
看来要想法子加强自己在材料方向的课研了，正好许清岩老师现在还兼管着芯片材料方向的课题，找到理由参与进去应该不是难事。</p>
遗憾的是没系统任务的话，“材料技术”想升级太难了，“人工智能”就是个典型的例子，直到前段时间才升级到了LV3，前后一共花了一年多的时间。</p>