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碳基芯片为什么无法实现?

现在大家都在说碳基芯片,这种芯片真的可以实现吗?许多专业人士称可能需要更加高端的光刻机,但你知道为什么需要更高端的光刻机吗?

全球科技发展到现在为止,仅寻找到硅与锗的性能较好,适用领域非常广泛。其中一般应用到半导体行业里的是硅,由于二氧化硅天生的属性,可以附着一层薄膜,从而稳定半导体金属特性,实现批量产出的能力。

硅为什么可以作为半导体材料

众所周知,导体的导电性能强,半导体次之,而绝缘体导电能力最弱.。三者之间的秘密不仅于此,最主要还是因为半导体,拥有其他两者不具备的特性(即单向导电)。而在世界上,硅的存储量巨大,能排到第八位,成为资源丰富又成本低的材料。

许多人有一个误区,其实硅本身是不能导电的(例如我们常见的硅胶),并不属于导体范围。所以我们需要为硅进行掺杂处理使它具备导电性,硅分为单晶硅(可导电)与多晶硅(不导电),我们常用的就是单晶硅。通过直拉法(CZ)制造二极管或三极管等半导体器材,原硅则通过电弧炉来提炼硅石(使SiO2含量超过99%)。

这种晶体硅有三大特性:热敏性,它的电阻率会受到温度影响,当升温后,该硅电阻率则会大幅降低,反之亦然;光电性,这种硅材料会受到光源影响,没光时,则不太会导电,反之,则易导电;可控性,天然的硅原料不导电,所以电阻率较高,但对其摄入微量杂质后,便能改变它导电性,且变化明显,可根据杂质调控。

碳基做芯片理论

碳基导电是由具备sp2杂化轨道的碳基原材料,在连接原子中利用该杂化轨道从而产生拥有稳定性能的σ键(原子轨道沿键轴),并且让垂直在σ键上没有产生杂化pz轨道,以复叠方式的共轭冗结构,生成出离域电子,这样就能拥有导电性了。

说到碳原子是共有四个自由的电子,而它电子分离的还原性与接收电子的氧化性差不多,关键是碳原子仅有两层电子数,因此它的活泼性和导热性很强(强于硅),这让碳基的结构变得不稳定。值得一提的是, 碳和硅在同一主族,但硅具备更好的还原性。

芯片好坏主要和材质的密度,面积相关。理论上在稳定其性能(导热性与导电性以及还原性活泼性)后,将碳基分化后形成不错的半导体材料(不导电与导电两种),单一碳基芯片的成本较低,功耗也较低,而效率较高,是未来比较理想的一种半导体。

→如何实现?

碳基做导体不难,甚至非常简单,即便是一个普通人都可以做出碳基实验。目前,地球上已知的所有生物都属于碳基生物,因此,你把手放在电源上触电,就能引发碳基中的电子。碳基属性活跃,应用在荧光等领域。

但是想做半导体就有难度了,因为半导体不仅需要可以导电,还需要可控电阻。即便是硅元素,在随着半导体之间的nm数缩小,也需要Fen Fet 与SOI技术来阻隔电流,否则就会出现漏电现象。那么其光刻技术强大的同时,也需要运用到电阻罩原理隔断,然而这两项技术目前我们都没有。

综上所述,实现碳基是未来具备一定可能性的趋势,但不是当下技术能够实现的。所以做好优化系统与硬件,才是我们力所能及,且更加容易的事情,口号喊得震天响,并不会有任何实质性的帮助。对此,你们是如何看待的呢?

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