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“中国芯”在路上!一级学科聚焦光刻机,中科院也另辟蹊径

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“中国芯”在路上!一级学科聚焦光刻机,中科院也另辟蹊径

教育部1月13日发文内容

我国教育部近日发文中,明确了“交叉学科”门类做法,下设“集成电路科学与工程”,并“国家安全学”,均作为一级学科发展,成为培养我国创新型人才、解决集成电路产业“卡脖子”问题的重要举措。将“集成电路”与“国家安全”并举,其意味就已经不言自明,充分体现了我国科研重心对于集成电路发展的高度重视。

集成电路的发展,何以危及国家安全?

首先我们需要了解,什么是集成电路。集成电路,或称,微电路、微芯片、芯片,这样一说,大概很多人就明白了,集成电路学是研究什么的——研究如何造“中国芯”——但这还不够,至少对于其中的关窍还不够清楚。集成电路,顾名思义,将电路“集大成”,也就是将电路集中在半导体材料表面,从而制造出我们口中“呐呐自语”般惦记着的芯片。

“中国芯”在路上!一级学科聚焦光刻机,中科院也另辟蹊径

集成电路无处不在

那么芯片、芯片,究竟是用来做什么的?

芯片,顾名思义,以“心”为底,就是一些电子设备、数码产品的“心”、的“脑”,我们称之为“处理器”。是的,也包括我们常说的,手机处理器,这也是我们选购手机的关键所在,同时也决定了这个手机入手之后是不是真的好用、耐用。这是不需要了解芯片本身的来龙去脉,就能够有一个直观感受的。当然,除了手机,很多使用“系统”,或者存在“设置”的东西,都需要集成电路,也就是“芯片”的控制。

现在的集成电路,在短短半个世纪的发展之后,已经变得随处可见,无孔不入了。目前最先进的集成电路,换句话说,也就是设备控制系统,能够控制的范围很广,诸如数字微波炉、手机、电脑、各种存储器,以及特殊用途的集成电路,都能够一“芯”掌握,足以构成一个用户家庭电路网络中的无形指挥者。

“中国芯”在路上!一级学科聚焦光刻机,中科院也另辟蹊径

小小电路板的巨大”凝聚力“

集成电路产业出路的症结所在

在科技发展的今天、在经济全球化之势不可当的今天,在不知不觉之中,我们作为社会主体,已经深陷于这些或高端或低端地电子产品之中,并享受着智能化的生活,便捷丰富的现代生活。或许正是“中国制造”大为流行,让我们有些忽视了“创造力”的重要性,因为我们看到的,往往都是印着“made in China”的外壳,看不到内核的设计,才是产品的“灵魂”,产品的“芯”,以及产品真正的价值。

直到我们的华为意识到这一点,开始大有所为之时,眼红华为红利、落后于其5G的美国,开始宣布收回华为芯片的技术支持与出口,这才让我们意识到问题的严重性。其中的症结,就在于芯片的制造机器,光刻机。一提到光刻机,大家就如经当头棒喝一般,了解到集成电路学、或说芯片学的重要意义——它就是孕育光刻机这颗明日珍珠的温床。

“中国芯”在路上!一级学科聚焦光刻机,中科院也另辟蹊径

荷兰光刻机

当集成电路学被设置为一级学科,聚焦芯片的来龙去脉(包括光刻机)之时,中科院其实已经从宏观的角度,另辟了一条,具有中国特色的蹊径,来解决被光刻机“卡脖子”的国产集成电路产业出路问题。之所以具有中国特色,是因为在芯片制作工艺上,我们选择了与芯片大国美国不同的制作材料——石墨烯。

北大研究团队、中科院另辟蹊径

在2020年12月,中科院就宣布成功研发出了8英寸石墨烯单晶晶圆(芯片)。石墨烯晶圆是一种是一种碳基芯片,而美国硅谷之所以被称为“硅谷”,很大程度上得益于美国研发的硅基芯片蕴含着世界领先的芯片技术。据信,碳基芯片的性能以及稳定性,比起传统硅基芯片都有很大的提升,性能上甚至提高了十倍,这是受学界普遍观点——碳纳米管自身材料性能远优于硅材料——的理论指导。

“中国芯”在路上!一级学科聚焦光刻机,中科院也另辟蹊径

8英寸石墨烯单晶晶圆

而碳基芯片之所以还未大行其道,是因为使用碳纳米管的关键步骤,在2020年末才得到北大彭练矛教授课题组解答——针对碳纳米管内部充满杂质、影响材料传到效率的问题,提出了全新的提纯和组装办法,从而制备出高密高纯度的半导体阵列纳米管材料,测试结果表明,这种新材料的传导性能,远超同等材料工艺的硅基晶体管集成电路,被认为是中国碳基芯片的希望,是世界芯片革命中第一梯队力量。此外,这种碳基芯片的创造,或许还能助我们绕过美用光刻机,寻求光刻机生产的新出路。所以说,”中国芯“不是梦,它正在路上!

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