“赞！芯片强国不是梦：碳纳米管成果登上《科学》杂志”

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当人类的生活越来越离不开手机和电脑等电子产品时，这些产品的核心部件芯片已经接近性能极限。 幸运的是，科学家们正在探索用新材料代替硅制造芯片，突破了芯片的物理极限。 在这方面，中国科学家已经走在世界前列，这也有可能成为中国芯片产业的变更和超越车道。

照片:北京大学彭练枪队的研究生在做实验。 (由该研究小组提供)

北京大学电子系教授彭练矛带队成功利用新材料碳纳米管制造芯片核心部件晶体管，其工作速度是英特尔先进14纳米商用硅材料晶体管的三倍，能耗只有其四分之一。 这个成果在年初刊登在了《科学》杂志上。 如果把芯片比作房子，晶体管就是盖房子的砖头，房子构成了我们的新闻社会。 彭连矛说。

硅是以前传下来的半导体材料。 长期以来，半导体产业整体遵循摩尔定律，缩小晶体管尺寸提高性能。 业界认为摩尔定律将在年前后结束。 也就是说，硅材料晶体管的尺寸无法再缩小，芯片的性能提高已经接近物理极限。

在这种背景下，人们正在探索替代目前硅片的材料，碳纳米管是最重要的研究方向之一。 斯坦福大学，ibm企业的研究者致力于这个行业的研究。 国际半导体技术的快速发展路线图近年来多次引用彭练矛团队的工作表明碳纳米管是一条重要的道路 彭练枪相信，碳纳米管晶体管技术的突破对中国半导体产业意义深远。

照片: 464碳纳米管晶体管模型的照片。 (由该研究小组提供)

过去，芯片一直是中国科技行业的短板。 尽管中国是世界上较大的半导体支出国，但目前国产芯片的自给率还不到三成。 据专门研究机构统计，全年中国大陆芯片产业进口消费达到2307亿美元，是原油进口总额的1.7倍。 此外，彭练枪还指出，中国自主研发的芯片多为低端芯片，中国的芯片制造技术离世界先进水平还有3到5年的差距。 但是，随着硅材料的物理性能逐渐走向极限，碳基芯片的科研突破为中国芯片产业提供了改变车道的可能性。

我们的碳纳米管晶体管开发技术世界领先。 中国巨大的市场和雄厚的资金为我们提供了广阔的前景。 彭练枪说。 彭枪练习从2000年前开始研究碳纳米管晶体管，到现在已经将近20年了。 今年55岁的他主张喜欢做梦。

每天面对的是显微镜下比红血球小的晶体管，但彭练枪的脑海里总是浮现着关系到人类命运的未来图。 持续采用无需充电几天的高端智能手机； 比可佩戴、舒适的微型医疗传感器敏感性更高的机器人皮蓬练枪在碳纳米管的研究中取得的成果，意味着他关于未来的各种梦想在不久的将来都会成为现实。 碳纳米管晶体管的速度比相同尺寸的硅基晶体管快5倍到10倍，耗电量只有其1/10。 彭练枪说。

照片:彭练枪队的研究生在做实验。 (摄影者:王健)

由于耗电量低，未来手机的电池续航时间将大幅提高。 而且，通过搭载这样高效的芯片，未来手机的摄像头性能也会大幅提高。 碳基芯片不仅发挥更好的性能，更令人兴奋的是，它还可能做硅基芯片做不到的事。

练习彭矛的团队已经研究出了碳材料的医用传感器，用于检测血压、心率、血糖值等生化指标。 由于碳材料与人体的相容性高，柔软性好，该传感器与皮肤十分吻合，不会让人感觉到存在。 该小组还在研究利用碳材料构建汽车驾驶辅助系统的红外线监控摄像头。 夜间安全行驶是辅助驾驶的难关之一。 由于碳材料具有良好的近红外感光性，用于夜视装置时清晰度非常高，可以对不发热的物体和浓雾中的物体进行成像，远远优于目前常用的红外线热成像技术。

梦想虽然灿烂，但前途并不平坦。 从实验室到产品的这个中间阶段在科技界被称为死谷。 要跨越死亡之谷，走工程化的平坦道路，除了越来越多的技术难关被科学家突破之外，来自国家和公司的支持与合作也是不可缺少的。 年6月，《国家集成电路产业快速发展推进纲要》出台，将集成电路产业定义为支撑经济社会快速发展和国家安全保障的战术性、基础性、先导性产业。 那年9月，国家集成电路产业投资基金成立，第一期规模为1200亿元。 《中国制造2025》确定，年芯片自给率为40%，2025年达到50%。 相对于一些流行的新应用技术，芯片这样的基础性研究越来越受到关注，因为它对一个国家的科技实力的提高起着更为核心和支持的作用。 彭练枪说。