日前，知名媒體eet報道，他們認為石墨烯芯片在未來將會成為延續摩爾定律的關鍵。他們認為，針對即將出現的新半導體制程節點，石墨烯將在其先進封裝與互連材料方面發揮重要作用。在3d ic封裝中，石墨烯可作為散熱片，用于降低整體熱阻，或作為emi屏蔽，以降低串擾。美國15億美元的電子復興也將石墨烯列為重點關注方向。

自從石墨烯在2003年被發現以來，研究者發現它具有優異的強度、導熱性和導電性。最后一種性質使得這種材料非常適合用來制作電路中的微小接觸點，用石墨烯自己制成電子元件——特別是晶體管。

我們知道，硅基材料集成電路主頻越高，熱量也隨之提高，并最終撞上功耗墻。目前硅基芯片最高的頻率是在液氮環境下實現的8.4g，日常使用的桌面芯片主頻基本在3g到4g，筆記本電腦為了控制cpu功耗，主頻普遍控制在2g到3g之間。

但如果使用石墨烯材料，那么結果就可能不同了。因為相對于現在普遍使用的硅基材料，石墨烯在室溫下擁有10倍的高載流子遷移率，同時具有非常好的導熱性能，芯片的主頻理論上可以達到300g，并且有比硅基芯片更低的功耗——早在幾年前，ibm在實驗室中的石墨烯場效應晶體管主頻達155g。

因此，在前端設計水平相當的情況下，使用石墨烯制造的芯片要比使用硅基材料的芯片性能強幾十倍，隨著技術發展，進一步挖掘潛力，性能可能會是傳統硅基芯片的上百倍！同時還擁有更低的功耗。

石墨烯芯片的機會與挑戰

從目前石墨烯電子學已經取得的進展來看，至少有兩個重要的方面是可以確認的。第一是石墨烯器件相對于硅基器件來說具有更好的特性，無論是速度、功耗還是可縮減性，而且可以被推進到8nm甚至5nm技術節點，這正是2020年之后數字電路的目標。第二是石墨烯的數字集成電路的方案是可行的。

在實驗室人們已經實現各種功能的電路，原則上已經可以制備任意復雜的集成電路，特別是2013年9月26日美國斯坦福大學的研究人員在《natures》雜志上報道采用碳納米管制造出由178個晶體管組成的計算機原型。雖然目前這個原型機尚在功耗、速度方面不能和基于硅芯片模式的先進計算機比肩，但這項工作在國際上引起了巨大反響，使得人們看到了碳基電子學時代初露的曙光。

ibm發表的系統計算表明，石墨烯基的芯片不論在性能和功耗方面都將比硅基芯片有大幅改善。例如，從硅基7 nm到5nm技術，芯片速度大約有20%的增加。但石墨烯7nm技術較硅基7nm技術速度的提高高達300%，相當15代硅基技術的改善。

目前石墨烯材料的主要挑戰來源于規模生產面臨的高可控性材料加工問題，即必須在絕緣襯底上定位生長出所需管徑大小的半導體石墨烯。但是到目前為止，對石墨烯生長進行嚴格的控制還是沒有實現。另一個問題是供應鏈的問題，硅的成本及穩定性的優勢還在，芯片廠及封裝廠誰愿意開第一槍，就讓我們拭目以待。

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