硅基芯片的案例
石墨烯芯片可繞過光刻機是不是“謊言”？
石墨烯芯片沒那么“神”
由于碳元素比較穩定，具有易于成型和機械加工的特性，業界一直有傳言稱碳基芯片的制造完全可以繞開復雜的EUV光刻設備，石墨烯晶圓也將實現碳基芯片的量產。
2021年5月，在中芯國際的互動平臺上，就有投資者提出：“貴司是否愿意與中科院合作研發石墨烯碳基芯片項目”的問題作出回應。當時，中芯國際就表示公司的業務未涉及石墨烯晶圓領域，這也打消了早先網上流傳的有關于“中芯國際可以依靠石墨烯芯片，在半導體領域中彎道超車”的謠言。對此，中科院團隊也表示其并未說過類似“我國是世界上唯一能夠生產8英寸石墨烯晶圓”的言論，望大家不要被誤導。
事實上，在美國對半導體行業實行技術限制的大背景下，中芯國際很難做到既兼顧解決國內芯片自給問題，又做好石墨烯晶圓的新項目研究。即便可以，考慮到市場、成本、技術等問題，硅基產品在很長時間內，依舊會處于業界主導地位，目前的碳基芯片基本上還處于概念階段，并沒有實際可以量產的成品出現。
與硅基芯片的發展軌跡類似，想要生產、研發碳基芯片，就必須有一套與之相匹配的完整產業鏈與大量的研發人員，這便產生了額外的成本。當前半導體領域有關于芯片資源的競爭十分激烈，放棄大好市場資源，投入大量人力、財力資源選擇一個尚未成型的市場項目，顯然是不明智的。
此外，在與硅基芯片的特性對比后，大家可能會產生“碳芯片的制程難度低于硅芯片”的誤解，但實際上，如果單從容量來看，碳基芯片的制程難度的確低于現有的硅基芯片，這是因為碳基芯片可容納晶體管數量要高于硅芯片，碳晶圓的晶體管架空性也優于硅晶圓。但是，由于碳原子有4個自由電子，碳晶體管本身具有較高的導熱性與電子活潑性，導致碳晶體管的內部結構十分不穩定，提高了芯片廠商對芯片自主可控電阻、電流的難度。
展開 石墨烯芯片到底是什么？
與此同時，在大洋彼岸麻省理工學院的實驗室里，由MIT助理教授Shulaker帶領的團隊也在開展碳基芯片的研究。
不過不同的是，在設計和處理方面MIT團隊更在乎與現有的硅基芯片的工藝兼容。例如他們使用目前標準的芯片設計EDA軟件來實現電路設計，利用以硅基芯片兼容的材料和工藝制備，從而得到14000個碳基晶體管組成的集成電路。這種處理方式更實用，也可以讓碳基芯片設計更復雜的電路，更快實現產業變現。
但MIT當前的微處理器工作性能還是硬傷，更像是把硅基芯片中的一些硅基晶體管替換成碳管晶體管，設計電路的運行速度仍然停留在M赫茲，處在硅基芯片30年前的水平，無法超越硅基芯片，更是遠遠未達到碳納米管電路應有的水平。
而北大的工作解決了大面積、高密度碳納米管的排列問題，制造的小型碳基集成電路性能已經超越了硅基集成電路，展示了碳管陣列，可以滿足超大規模集成電路的材料需求。而且這種獨特的碳管制備工藝可以批量生產。
#碳基芯片的應用難點#
根據研究報道，石墨烯芯片看來是個不錯的方向，其實應用制造難度也很大。
首先，我們要提煉純凈的石墨烯，這是難點之一。目前來看，成本相當高，提純1克需要5000元。
其次，純凈的石墨烯沒法做成邏輯電路，需要改良形態，把石墨烯改造成碳納米管，以此來充當半導體，石墨烯充當導電溝道。現在的硅基芯片則不同，我們只需做提純工作，地球上的硅元素太豐富了，成本也不高。純凈的硅晶片就是制造芯片的絕佳材料。
第三呢，碳基芯片或許不需要光刻機，直接在石墨烯晶圓上切片、刻蝕和注入離子。雖然繞過了5nm光刻機，可碳基芯片的量產落地，肯定也需要用到類似的高精度設備。
展開 臺積電的半導體之刃還能揮舞多久？
① IC設計
現在是硅基芯片的時代，無論是EDA設計軟件、還是IP核都是圍繞硅基芯片技術進行。臺積電的優勢也正是在硅基芯片制造上，所以，現在它可以揮舞“半導體之刃”。但是，現在硅基芯片的摩爾定律已經快到物理極限了。中美兩國都已經在研究碳基芯片、量子芯片，而且已經取得了一些成績。一旦這些技術起來，臺積電的優勢就喪失殆盡。就算立即跟進制造這類芯片，那也是和所有制造企業平起平坐。
② IC制造
臺積電在IC制造上有絕對的優勢！2017年就實現了7nm工藝，2020年實現了5nm的量產。現在正在研究3nm、2nm的工藝。但是，硅基芯片的“摩爾定律”已經快到物理極限了。眾所周知，制程工藝上說的多少納米是指半導體場效應晶體管柵極的寬度，也被稱為柵長。隨著柵長的縮短，晶體管的源極和漏極之間的漏電現象會增大，從而導致晶體管無法正常工作。特別是在7nm以下，這種“隧穿效應”更加明顯。同時還有晶體管的短溝效應，會使閥值電壓降低。在1nm及以下工藝，要解決這些問題會變得極其困難。
③ 封測和整機
首先臺積電自己有封測業務，所以，封測產業對它不會有影響。而整機產業，正是被臺積電影響的產業。不過，萬事萬物的影響都是相互的。整機廠商需要芯片，臺積電可以制造出先進的芯片。但是，做芯片制造的也不是臺積電一家。整機廠商是直接面對消費者的商家，他們的宣傳對是市場是有很大影響力的。一定程度上也會反作用于芯片制造企業。
展開 臺積電的半導體之刃還能揮舞多久？
① IC設計
現在是硅基芯片的時代，無論是EDA設計軟件、還是IP核都是圍繞硅基芯片技術進行。臺積電的優勢也正是在硅基芯片制造上，所以，現在它可以揮舞“半導體之刃”。但是，現在硅基芯片的摩爾定律已經快到物理極限了。中美兩國都已經在研究碳基芯片、量子芯片，而且已經取得了一些成績。一旦這些技術起來，臺積電的優勢就喪失殆盡。就算立即跟進制造這類芯片，那也是和所有制造企業平起平坐。
② IC制造
臺積電在IC制造上有絕對的優勢！2017年就實現了7nm工藝，2020年實現了5nm的量產。現在正在研究3nm、2nm的工藝。但是，硅基芯片的“摩爾定律”已經快到物理極限了。眾所周知，制程工藝上說的多少納米是指半導體場效應晶體管柵極的寬度，也被稱為柵長。隨著柵長的縮短，晶體管的源極和漏極之間的漏電現象會增大，從而導致晶體管無法正常工作。特別是在7nm以下，這種“隧穿效應”更加明顯。同時還有晶體管的短溝效應，會使閥值電壓降低。在1nm及以下工藝，要解決這些問題會變得極其困難。
③ 封測和整機
首先臺積電自己有封測業務，所以，封測產業對它不會有影響。而整機產業，正是被臺積電影響的產業。不過，萬事萬物的影響都是相互的。整機廠商需要芯片，臺積電可以制造出先進的芯片。但是，做芯片制造的也不是臺積電一家。整機廠商是直接面對消費者的商家，他們的宣傳對是市場是有很大影響力的。一定程度上也會反作用于芯片制造企業。
展開 
南洋理工大學研發激光雷達硅基激光器，可大幅度降低成本
如今，NTU的研發人員發現，可利用硅基激光器芯片發光，替代二極管。他們還采用了鍺的延展性，該類金屬通常被用作為三極管，這是科研人員首次發現與硅兼容的可發光材料。
價格便宜、性能更高
目前，即使是最便宜的常規激光雷達傳感器，其售價也高達10000新加坡元（約合7345.9美元），而固態激光雷達芯片的成本卻只有50新加坡元（約合36.7美元）（實現商用的情況下）。
當研究人員利用新技術實現該款激光雷達芯片的量產后，其市場售價或為50新加坡元，這將為許多計劃從事自動駕駛技術研發的小公司提供新的商機。
截止至目前，即使是常規的激光雷達，其售價也太過高昂，許多公司在選擇設備時被迫跳過該設備。
該款激光雷達硅基芯片的另一項好處在于，其圖像品質極佳，可提供較高的分辨率，這主要得益于該芯片的激光密度，其圖像的響應速度也較快。
該項技術突破或拉低其他技術的成本、縮短其研發周期、提升其可靠性。例如，該款激光雷達硅基芯片可安裝在無人機上，或許未來還能被用作手機芯片。
負責該研發項目的NTU電氣與電子工程學院（School of Electrical and Electronic Engineering）副主席Tan Chuan Seng博士說道：“該芯片還有諸多應用潛力，可利用可見光通信（LiFi）替代無線網絡技術。”
該項目獲得了新加坡國立研究基金會（National Research Foundation）正在做商用準備，或許未來5年內就能實現該激光雷達芯片的商業化。
來源：MEMS
展開 推動芯片產業前進，石墨烯將立大功
相對于通過前端設計提升微結構來提高芯片性能，通過后端設計來提升主頻顯然更加簡單粗暴，研發周期也更短(微結構研發一般要3年)，更適合商業推廣。
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
石墨烯因其超薄結構以及優異的物理特性，在 FET 應用上展現出了優異的性能和誘人的應用前景.
展開 Nature子刊：北大彭海琳等在芯片材料方面獲重要進展！
所以，目前紅外探測芯片的一個重要發展趨勢是將紅外傳感材料與廉價成熟的硅基芯片讀出電路的結合，進而實現更高的像素、更高的幀速率和更復雜的信號處理功能。而最近二維材料的興起為這種紅外探測器發展趨勢提供良好的契機。二維材料具有獨特的超薄平面結構和優異的機械性能及柔性，這使得二維材便于加工成焦平面陣列并有可能與硅基芯片讀出電路兼容。
靈敏度和響應時間是紅外探測器的兩個核心指標，而面向實際應用要求溝道材料同時具有良好的空氣穩定性。然而，目前已報道的基于二維材料的紅外探測器均不能同時滿足上述條件。例如，石墨烯顯示出高速光電響應，但是其靈敏度較低，典型值小于幾十毫安每瓦。傳統的過渡金屬二硫化物（TMD）通常具有太大的帶隙，從而失去了檢測紅外光的能力。黑磷有不錯的紅外探測能力，但其化學不穩定性與大規模制造工藝不兼容。因此，人們仍然在尋找可用于高靈敏度和快速紅外檢測的二維層狀材料。
在過去兩年多里，北京大學化學與分子工程學院彭海琳教授課題組和合作者首次發現一類同時具有超高電子遷移率、合適帶隙、環境穩定和可批量制備特點的全新二維半導體芯片材料（硒氧化鉍，Bi2O2Se），在場效應晶體管器件、量子輸運和可見光探測方面展現出優異性能（Nature Nanotech. 2017,12,530; Nano Lett. 2017, 17, 3021; Adv. Mater. 2017,29, 1704060）。
最近，他們與合作者發現由Bi2O2Se制備成的原型光電探測器件具有很寬的光譜響應(從可見光到1700 nm短波紅外區)，并同時具有很高的靈敏度(在近紅外二區1200nm處靈敏度高達~65A/W)。 而利用飛秒激光器組建的超快光電流動態掃描顯示Bi2O2Se光電探測器具有約1皮秒（10-12秒）的本征超快光電流響應時間。
展開 中外科研人員合作開發出一款光量子硅基芯片
最重要的是，光子芯片可以利用計算機行業已經建立的整個基于硅的基礎設施。
這種芯片由很多個干涉儀組成，這些干涉儀將光子分成不同的空間模式。每個模式都穿過一個特定的波導，這樣使一個光子在一個波導中代表a 1，而在另一個波導中它代表a 0。知道一個光子走的是哪條路徑，就可以知道它的糾纏伙伴走的是哪個路徑。
光子使用由電壓控制的熱光移相器進行編碼。強曉剛說：“移相器的不同設置控制著光子在干涉儀中的傳播行為，使不同的量子比特狀態編碼和不同的量子操作成為可能。”
為了將該系統擴展成真正有用的東西，研究人員需要找到某種辦法，在芯片上產生更多相同的糾纏光子。在芯片上安裝足夠多的移相器、分束器和其他光學元件來處理所有這些光子，也是一項工程挑戰。但強曉剛表示，硅光子學已經顯示出了將許多元件塞進狹小空間并使它們全部以高精度工作的能力，“因此，它實際上是實現最終的大規模光量子處理器的可行方法。”
展開 Sapien半導體與美國BigTech公司簽訂AR用硅基MicroLED DDI芯片訂單
CINNO Research產業資訊，8月26日，Sapien半導體宣布，與美國Big Tech公司簽訂了用于增強現實（AR）眼鏡的LEDoS(LED on Silicon）驅動芯片共同開發供應合同。合同規模為48億韓元（約2578萬人民幣），合同期限至2025年10月。
Sapien半導體的LEDoS互補金屬氧化物半導體（CMOS）背板產品（來源：Sapien半導體）
Sapien半導體在今年6月曾與LEDoS公司簽訂了44億韓元（約2363萬人民幣）的合同。同年7月，又與一家Micro Display模組公司簽訂了39億韓元（約2094萬人民幣）規模的CMOS背板開發合同。
Sapien半導體表示，“此次與位于美國硅谷的五大科技巨頭之一簽訂了合同，雙方將共同開發用于AR眼鏡的LEDoS顯示驅動芯片”。AR眼鏡用LEDoS的像素密度超過1萬PPI（每英寸像素數），而屏幕大小首選為0.1~0.2吋。
在開發過程中，將采用Sapien半導體的原創技術MiP（Memory Inside Pixel）驅動技術等。MiP是一種內置了存儲像素圖像信息的存儲器的數字驅動技術。
Sapien半導體稱，“在顯示產品供應體系中，我們繞過了顯示引擎制造企業的中間環節，實現了直接簽約。通常，顯示產品的開發供應體系是驅動芯片企業（Tier 2）通過引擎制造商（Tier 1）向科技巨頭企業供應的模式”，并稱“此次合同采取的是科技巨頭公司與Sapien半導體共同開發所需的規格，并直接連接至引擎制造企業的結構。”
Sapien半導體開發的LEDoS驅動芯片將應用于一般型AR眼鏡，預計將于明年上半年送樣。自6月以來，Sapien半導體已簽訂了3個供貨合同，并即將簽訂2個額外的供應合同。
展開 當中國芯片股狂跌時，這家美國大廠又把芯片技術推向極限了
但隨著芯片制造制程進入個位數納米，問題來了，制造芯片的材料是硅（硅基芯片），而當硅基芯片制程低于10nm，就會出現量子隧穿效應，使得在芯片中穿行的電子失控。
而解決問題的方法，就是采用GAA這種芯片制造技術，這也是目前臺積電、三星們重點攻關的領域。
不過，雖然IBM此次在實驗室中使用three-stack GAA造出了2nm制程芯片，但量產是不可能量產的。IBM最終還是需要與三星、英特爾合作，使用IBM實驗室研發的芯片制造技術在未來實現2nm芯片走向商用。
一面是發達國家一眾芯片大廠們你追我趕的把芯片制造技術推向巔峰與極限，一面是大陸芯片企業龍頭海思、中芯國際被限，小弟們更是一個個半死不活天天挨踹，此刻，我的心情是哇涼哇涼的。
展開 10張高清大圖！讀懂十大國產MEMS廠商技術路線
敏芯作為中國最早成立的MEMS研發公司之一，現已擁有完整的芯片設計、晶圓制造、封裝與測試等全產業鏈的自主研發設計能力。
從技術上看，敏芯股份近幾年的技術主要布局于傳感器、半導體器件制造、麥克風、感測等細分技術領域，致力于提高器件良率和可靠性、提高壓力傳感器靈敏度、提高硅麥克風靈敏度和信噪比等。
八、杭州士蘭微電子股份有限公司
士蘭微成立于1997年，是國內規模最大的集成電路芯片設計與制造一體（IDM）的企業之一。2003年，士蘭微股票在上海證券交易所掛牌交易，是第一家在中國境內上市的集成電路芯片設計企業。該公司在多個技術領域保持了國內領先的地位，如綠色電源芯片技術、MEMS傳感器技術、LED照明和屏顯技術、高壓智能功率模塊技術、第三代功率半導體器件技術、數字音視頻技術等。
從技術上看，士蘭微近幾年的技術主要布局于開關電源、半導體制造、光源控制、微麥克風等細分技術領域，致力于提高器件可靠性、避免MEMS麥克風可靠性下降、提高器件耐壓特性等。
九、西人馬聯合測控（泉州）科技有限公司
西人馬聯合測控成立于2017年，采用IDM經營模式，目前生產落地于福建6英寸FAB廠，擁有先進的MEMS / IC等硅基芯片以及非硅基芯片的設計、制造、封測能力。基于這些先進的核心技術，西人馬致力于運用先進的芯片、傳感器、智能數據采集模組提供產品和服務，立志成為A-IOT時代的科技引領者和全球最具價值的A-IoT基礎設施供應商。
從技術上看，西人馬近幾年的技術主要布局于傳感器、半導體器件測試、半導體封裝、發光二極管等細分技術領域，致力于提高電荷輸出元件靈敏度、提高結構接觸剛度、提高監測精度等。
展開 
4分鐘，做個碳化硅芯片通！
碳化硅芯片，取代傳統硅基芯片，可以有效提高工作效率、降低能量損耗，減少碳排放，提高系統可靠性，縮減體積、節約空間。
以電動汽車為例，采用碳化硅芯片，將使電驅裝置的體積縮小為五分之一，電動汽車行駛損耗降低60%以上，相同電池容量下里程數顯著提高。
面向未來的碳化硅芯片要如何制造？這就不得不提到一個概念：元胞。一般來說，芯片是晶圓切割完成的半成品。每片晶圓集成了數百顆芯片（數量取決于芯片大小），每顆芯片由成千上萬個元胞組成。那元胞究竟要如何制造呢？
第一步
注入掩膜。首先清洗晶圓，淀積一層氧化硅薄膜，接著通過勻膠、曝光、顯影等工藝步驟形成光刻膠圖形，最后通過刻蝕工藝將圖形轉移到刻蝕掩膜上。
展開 討論有獎 | 光芯片未來會取代電子芯片嗎？
光子芯片是以光為媒介，用光波（電磁波）來傳遞信息的芯片。
除了硅基芯片之外，光子芯片也是未來的一大重點。
其原理跟硅芯片不同，運算速度可提升1000倍以上，而且不依賴先進的光刻機，比如EUV光刻機，因此是各國爭相發展的新一代信息科技。
本周討論話題：光芯片如今發展到什么程度了？它有什么優勢，未來會代替電子芯片嗎？
在評論區留下你的聲音，我們將在11月11日隨機從評論中選取五名用戶（點贊數越高幾率越大）分別送出技術鄰定制鑰匙扣、技術鄰VIP月卡、20元視頻優惠券、10元視頻優惠券、500金幣，參與活動的每人均可獲得100金幣。
展開 Akhan Semi立志將鉆石打造成后摩爾時代的半導體關鍵材料
AkhanCEO兼創始人Adam·khan（圖源：Akhan 公司）
根據 Khan 的說法，下一代先進的半導體材料將需要解決功率和光刻等問題，隨著芯片上晶體管密度的增加，芯片需要添加更多層的材料作為熱管理層，用來減少整個芯片上層區的發熱和寄生電阻電容帶來的功率損耗。而且目前由于芯片發熱問題，硅基芯片在效率、性能和功耗的局限性越來越像封裝所靠攏（新型的Chiplet和3D封裝拓展閱讀3D IC設計很難嗎，究竟離我們有多遠?(圖文)-電子工程專輯）。
“而今天，我們發現了新的契機，除了封裝這條路，新型鉆石材料也是一條解決途徑，并且可能有一天會取代硅。鉆石是熱傳導率最高的材料，它比我們所知道的任何其他3D材料都能更好地散熱，因此用鉆石可以解決許多封裝內的散熱問題，鉆石的冷卻能力是銅的5倍，是硅的二十多倍”
隨著電子技術的發展，用于射頻和軍用雷達的寬帶隙(WBG)半導體得到了不小的發展，寬帶隙(WBG)半導體的工作電壓、頻率和溫度高于硅和砷化鎵等傳統材料，所以在下一代半導體中，WBG半導體越來越受到青睞。
寬禁帶半導體的行業應用（圖源：電子工程專輯）
根據Khan的說法，“金剛石作為半導體材料可以不用對現有芯片制程進行大改就能推廣使用，而唯一需要改變的是加入或者替換成金剛石的化學氣相沉積（CVD）工具”，khan還透露“整個芯片制造所用到的所有設備和測量機臺都在其公司內部開始運轉。”
AKhan Semi公司可將客戶的小批量或者中批量的芯片生產外包給Akhan公司，而在大批量時，公司又可以買給客戶生產所有的全套設備和許可。“現在就有一家客戶認證了公司的工藝制程，準備把整套流程導入到自己的工廠中。”
展開 SiC芯片市場將迎來大爆發
在數字CMOS領域，芯片制造商幾年前便從4英寸過渡到6英寸。對SiC進行相同的過渡聽起來很簡單，但也存在一些挑戰。Lam Research戰略營銷高級總監David Haynes表示：“盡管在150mm晶圓上大規模生產SiC功率器件已經經過了近5年的驗證，但150毫米的高性能、低缺陷密度SiC襯底的可用性和成本仍然是采用的障礙。”
Haynes表示：“也就是說，隨著向150mm量產的過渡的實現，相關的成本節約將有助于在越來越多的應用中推動商業可行性。另一個例子是SiC MOSFET技術的路線圖。平面SiC MOSFET已經在商業應用中得到了一段時間的驗證，但是今天，對于溝槽結構的SiC MOSFET的開發和商業化得到了重大推動，與平面結構相比，它可以提供明顯更低的導通電阻。”
同時，在晶圓廠中，基于SiC的功率器件通常遵循與硅基芯片相同的工藝流程。 但也存在一些差異，例如SiC襯底的開發。
對于硅基芯片，工藝的第一步是開發原始硅晶圓。為此，將硅晶種放到坩堝中加熱。最后形成的主體被稱為硅錠，將其拉制并切成300mm及更小尺寸的硅晶圓。
然而，對于SiC而言，工藝是將SiC塊狀晶體被放入坩堝中加熱，將得到的錠料拉出并切成薄片。
多年來，SiC塊狀晶體一直被一種稱為微管的缺陷所困擾，微管是在晶體中貫穿的微米大小的孔洞。華威大學副教授Peter Gammon表示：“微管缺陷和其他會破壞器件操作的缺陷現在幾乎都消除了。材料供應商現在提供零微管產品。”
一旦SiC晶圓被開發出來，下一步就是形成SiC襯底。將裸晶圓插入沉積系統中，晶圓上會生長出SiC外延層，從而形成SiC襯底。然后，在晶圓廠中對SiC襯底進行加工，并使用檢測系統對缺陷進行檢測。SiC器件容易出現缺陷，尤其是隨著供應商轉向更大的晶圓尺寸。
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