可以肯定的是碳基積體電路的加工肯定不會用到光刻機！北京大學教授彭練矛和張志勇教授帶領的團隊在碳基半導體制備材料研究領域取得突破性進展，為中國碳基半導體進入規模工業化奠定基礎，也為中國晶片製造產業實現“彎道超車”提供巨大潛力。

為什麼碳基半導體的製造不用光刻機

傳統的矽基晶片的製造過程的本質，就是按照晶片電路設計的要求，通過各種工藝生產在矽晶圓上製造出數以億計的電晶體，並用電路將電晶體連線起來，從而實現晶片的邏輯運算功能。

矽材料的特性決定了矽基晶片的生產必須經過拋光、光刻、蝕刻、離子注入等一系列複雜的工藝過程，才能在晶圓上製造出電晶體來。而碳基半導體的電晶體用到的是碳奈米管，碳奈米管的製備過程跟矽基電晶體的製備方法有著本質的差別，所以碳基積體電路的加工一定不會用到光刻機。

碳基半導體可以幫助中國晶片產業實現彎道超車

晶片的製造分為三個步驟，設計、製造、封裝測試。

在設計和封裝測試環節，無論是通用CPU還是手機晶片，中國已經具備了世界一流的水平。中國在晶片加工工藝和加工裝置製造方面的全面落後，造成中國在晶片製造環節遠遠落後於世界先進水平，尤其是光刻機技術落後於世界領先水平20年。這樣巨大的差距，想要依靠常規的手段，在短時間內是無法實現對世界先進水平的趕超的。

碳基半導體技術的研究，中國與世界各國基本上同步開始。北大教授彭練矛的研究成果，一下子讓中國在碳基半導體材料製備方面領先全球，為中國在下一代晶片製造技術領域贏得了寶貴的領先地位。

【ASML已成過去式？中國碳基積體電路是否成為我們突破晶片光刻機的希望】

在5月26日，我們發現了一件不明覺厲的事情，北京元芯碳基積體電路研究院宣佈，解決了長期困擾碳基半導體材料製備的瓶頸！

我們知道現在的晶片主要是矽，而我們知道高純的單晶矽是重要的半導體材料，關鍵是這些關鍵性的材料都被一些外國給“壟斷”。

因此，如果我們使用全新的材料，可能會帶來一種全新的晶片時代。其實，碳基半導體則具有成本更低、功耗更小、效率更高。那麼，什麼是碳基？

而如何突破碳基材料的瓶頸確實能夠讓我們花費巨大的時間，財力以及物力。而北京元芯碳基積體電路研究所的突破，實際上對於中國未來晶片領域的基礎，材料會有突破性的進展。

碳基技術的優勢是，能夠帶來更大效率，更小的功耗，並且在晶片處理中，速度提升，功耗降低，未來更能夠運用於多種領域，比如國防，氣象，以及我們現在急需要解決的手機晶片，計算機晶片問題。

並且，因為它的特質，甚至於在未來的極端環境中，它依然可以進行作業，為未來的技術發展奠定基礎；根據研究院負責人告知，碳基技術晶片可能讓我們的手機更流暢，電池更耐用。

03未來的可能

確實中國晶片技術的制約，實際上我們覺得是在如下幾個方面：

晶片的矽晶材料，光刻機，光刻膠以及晶片設計的一些重要塗膠顯影機等等。因此，如果我們解決最基礎的材料問題，現在晶片的光刻機，光刻膠等等可能會有新的技術替代，更適合碳基材料的裝置。

    矽基晶片製程工藝即將觸底，1nm級別的工藝可能是矽基半導體的終結，以後就要換新材料了，比如奈米片、碳奈米管。中國在碳基積體電路方面的研究處於領先定位，能夠繞過“光刻機”實現彎道超車嗎？

    矽基晶片很難超越

    目前，中國大陸最先進的晶圓代工廠是中芯國際，已經實現了14nm製程工藝的量產，並且突破了N+1、N+2工藝，距離臺積電的5nm，還有2~3代的差距。雖然，中國在圍繞矽基晶片，在材料、裝置、技術方面有了較大的突破。然而，在矽基晶片領域，中國可能只能追趕，很難實現超越，畢竟他們領先太多，所以，只能換個方式，實現彎道超車。

    說完了晶片工藝，再說說生產晶片的核心裝置“光刻機”，中國生產光刻機的企業是上海微電子，製程工藝是90nm，而荷蘭ASML最先進的EUV光刻機可以生產5nm工藝的晶片，至少有20年的差距。也正是這臺荷蘭ASML的EUV光刻機，成為中芯國際“卡脖子”的裝置。

    碳基晶片的突破

    與國外矽基技術製造出的晶片相比，中國在碳基技術製造出來的晶片，處於領先地位，碳基技術是代替矽基技術的新技術，相比矽基技術來說，中國的起步早，近些年來取得了一系列突破性進展。

    最新訊息，中國突破了碳基半導體材料製備的瓶頸，比如材料的純度、密度、面積等問題。相比矽基晶片來說，碳基材料成本更低、功耗更小、效果更高。舉個例子，用現在矽基晶片的手機，看視訊智慧看3小時，如果使用碳基晶片，可以連續看9小時，是原來的3倍。

    總之，在當前的矽基晶片技術領域，我們只能追趕，很難實現超越，畢竟對方領先太多。然而，矽基晶片是有“物理極限”的，距離這個極限越來越近，需要替代材料。中國在碳基晶片研究處於領先地位，不過距離量產還有很長一段路要走。

晶片（積體電路）是高科技產業的核心，沒有晶片就難以掌控核心科技，這就是美國要花這麼大力氣搞華為的原因的，晶片技術是前沿科技的基礎，特別是在5G時代，美國作為一個霸權主義國家，那能容許以華為為首的中國科技企業去動搖它的根基呢。但一個國家要強大起來，就必須佔領前沿科技的制高點，如果總是用美國的，跟隨著美國去發展，只能永遠給別人牽著鼻子走。

碳基晶片或許可以讓中國“換道超車”

現在的晶片都是以矽為基礎材料，大規模的電晶體整合在矽晶圓上，通過不斷的提升和進化生產工藝，整合更多電晶體，提升工作主頻，降低功耗，達到提升晶片效能的目的。目前的晶片（積體電路）工藝製程已經發展到5nm(奈米)，再發展就是3nm、1nm，已經快要接近極限了，晶片（積體電路）的發展也將會遇到瓶頸。

最近出現了一個振奮人心的好訊息：北京元芯碳基積體電路研究院中國科學院院士、北京大學教授彭練矛和張志勇教授帶領的團隊，經過多年研究與實踐，解決了長期困擾碳基半導體材料製備的瓶頸，如材料的純度、密度與面積問題。

矽和碳在地球上都是普遍存在的，碳基半導體除了成本更低外，它的功耗更低，效率也更高，是一種更好的半導體材料，很可能是下一代電晶體積體電路的最理想材料哦。

假如碳基半導體取得成功，到時候晶片內部的電晶體的柵極(Gate)就不再是矽，而是碳了哦！

碳基技術能帶領“中國芯”崛起嗎？還需要光刻機嗎？

碳基技術或許真的會在不久的將來得以應用在國防科技、衛星導航、氣象監測、人工智慧、醫療器械的這些與國家和人民息息相關重要領域！

碳基晶片換了一種基礎材料，晶圓的生產工藝的確不一樣了，但生產晶片必備的光刻機應該還是需要的，ASML還是有著絕對的優勢，除非發明了更先進的生產工藝，比如用生物科技的方法來生產晶片，在一個特定的環境中，新增特定的“營著液”就可以生長也晶片來？

但是，當我們有了某方面的領先技術後，國外的科技企業自然就會求著與中國合作，到時候，什麼ASML光刻機、晶片架構授權、EDA軟體等等自然也就會自動送上門了！

當然，我們還是需要推動晶片產業鏈的發展，務必掌握關鍵核心技術。總之“中國芯”崛起還是"路漫漫其休遠兮,吾將上下而求索”！

我們現代化裝置，是基於電子產品高速迭代而發展起來的，對電子產品稍微熟悉的人都知道，目前我們的電子元件是基於材質矽和鍺，比如二極體的單向導通，不同材質其導通電壓不同。其他電子器件或晶片的設計原理基本相同。所以半導體領域，材質以及相關製成技術是基石。

北京元芯碳基積體電路研究院，經過多年研究與實踐，解決了長期困擾碳基半導體材料純度，密度與面積製備的瓶頸，其研究成果發表在國際權威雜誌《科學》期刊上，論文詳細描述了碳基材料提純和自組裝的相關方法。

很多人都聽說過石墨烯材料，其實石墨烯材料也屬於碳屬材料，其在特殊條件下的超導效應一直是科學界的重大課題，而中國碳基材料的研發較早，此前半導體高階材料技術一直都掌握在其他國家手中當中，本次碳基技術突破極大提升中國半導體技術的應用。

碳基半導體材料具有很多不同於矽基材料的優點，更高的傳導效率，更低的功率消耗，同時獲取成本更有優勢，隨著技術發展和本身的優勢，必將快速成熟應用於產品上。

目前半導體材料的改變，必定需要配套的製成裝置和工藝，目前的製成裝置和工藝必將隨之進行改變，目前量子計算機，人工智慧等技術一直是世界重大課題，也很可能在碳基材料成熟應用，高速發展，計算機算力大幅度提高，而且如果中國大力發展碳基半導體材料，是很可能實現彎道超車。成為半導體技術強國。不再受制於他國。

碳基材料一定是晶片業未來的發展方向，目前中國在碳基材料的技術上處於領先地位，完全可以實現彎道超車。關鍵是要花大力氣建立起基於碳基材料的科研，設計，生產，製造的產業鏈，如果沒有美國的封殺，因為投入產出的時間週期和投資回報壓力，想實現這個產業閉環難度相當大。現在我們已經無路可退，只能負重前行。

根據知乎答主張晉的介紹，矽基晶片的生產工藝狠複雜，主要步奏包括：

1、溼洗(用各種試劑保持矽晶圓表面沒有雜質)

2、光刻(用紫外線透過蒙版照射矽晶圓, 被照到的地方就會容易被洗掉, 沒被照到的地方就保持原樣。於是就可以在矽晶圓上面刻出想要的圖案。注意, 此時還沒有加入雜質, 依然是一個矽晶圓。 )

3、 離子注入(在矽晶圓不同的位置加入不同的雜質, 不同雜質根據濃度/位置的不同就組成了場效電晶體。)

4.1、幹蝕刻(之前用光刻出來的形狀有許多其實不是我們需要的，而是為了離子注入而蝕刻的。現在就要用等離子體把他們洗掉，或者是一些第一步光刻先不需要刻出來的結構，這一步進行蝕刻。)

4.2、溼蝕刻(進一步洗掉，但是用的是試劑， 所以叫溼蝕刻)—— 以上步驟完成後, 場效電晶體就已經被做出來啦，但是以上步驟一般都不止做一次, 很可能需要反反覆覆的做，以達到要求。

5、等離子沖洗(用較弱的等離子束轟擊整個晶片。)

6、熱處理，其中又分為：

6.1 快速熱退火 (就是瞬間把整個片子通過大功率燈啥的照到1200攝氏度以上, 然後慢慢地冷卻下來, 為了使得注入的離子能更好的被啟動以及熱氧化。)

6.2 退火

6.3 熱氧化 (製造出二氧化矽, 也即場效電晶體的柵極(gate) )

7、化學氣相澱積(CVD)，進一步精細處理表面的各種物質。

8、物理氣相澱積 (PVD)，類似，而且可以給敏感部件加coating。

9、分子束外延 (MBE) 如果需要長單晶的話就需要。

10、電鍍處理。

11、化學/機械錶面處理。

12、晶圓測試。

13、晶圓打磨就可以出廠封裝了。

那麼基於碳基材料的生產裝置工藝，完全可以借鑑現在的矽基生產技術，因為材料上的優勢，我們落後一二代的工藝水平，完全可能生產出媲美矽基材料效能的晶片。只不過實驗室的技術到實現工廠化的過程中，還有很多技術關節需要去攻克，只要有市場，有資金，這些都不是事，據報道，華為已經參與到碳基晶片的設計和製造中，技術和商業的完美結合，突破的日子不會太遠。

【積體電路，也就是我們常說的IC，它包含CPU處理器、運算放大器、開關電源晶片等通過奈米等手段將大面積電路縮小後集成在一個晶片的電路】

在目前因為受到國外封鎖等原因，雖然我們的晶片設計能力已經非常強悍，但是在製作過程中，因為沒有高階的光刻機，導致無法加工7nm及以下的晶片。也就無法生產出高階晶片了。

很多人在想，有沒有一種方式能讓我們跳過傳統的晶片製作工藝，實現彎道超車。華為的任正非提到過光晶片，但是光晶片的研發目前技術難度非常大，這是一個漫長的過程，特別是在各個電路的適配上面，短期內的實現基本不大可能。

碳基積體電路的發明這給美國統霸世界的矽基積體電路的生產和加工 敲響了喪鐘。中國通過材料變革實施了半導體晶片的彎道超車成功的典範。光學矽基晶片加工的方法將對中國碳基晶片刻制毫無用處，我們將會用更先進，更精密的物理資料和方式對碳基積體電路進行加工完成封裝。這無疑給美國，日夲，南韓的半導體生產方式進行了手術式的改造換代。碳基積體電路的效能還超過矽基積體電路的30%，這項成果的大功告成例項告訴了美國政府，任何對中國的封鎖效果為零。

所謂的碳基積體電路，就是以碳奈米管電晶體（簡稱CNT FET）為核心元件的晶片，前面的回答，對什麼是碳奈米管電晶體以及用什麼裝置加工，避而不談，所以不請自來，強答一發。

先了解什麼是碳奈米管電晶體。

都有源極、漏極和柵極等電晶體的基本構件；碳奈米管是核心器件，矽晶圓從過去的主角（核心材料），退居龍套位置（做襯底），即核心材料變了；更重要的是，核心材料變了，相應的半導體裝置也會被淘汰，現有的光刻機派不上用場，因為碳奈米管是“長出來的”，不是“刻”出來的，ASML現有的技術積累派不上用場，有希望化解我們一直以來在高階光刻機上被卡脖子的問題。

原因很簡單，碳奈米管電晶體器件製作，相應的積體電路製造，需要用到新工藝，面臨新挑戰，國內外站在一條起跑線上。

高密度光刻機是不會變的，不管碳基矽基還裡別的材料都得用上光刻，但是光刻膠，曝光源效能是可以提高，或少許變化。