據(jù)介紹，石墨烯是一類由單層以碳原子六方晶格排列構(gòu)成的特殊材料，強(qiáng)度大約是鋼的200倍，厚度是頭發(fā)的20萬(wàn)分之一，導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性均高于銅，每平方米的重量不到1毫克。同時(shí)，它還具有高電導(dǎo)率和導(dǎo)熱系數(shù)，因此在散熱、電池及芯片等各個(gè)領(lǐng)域都有極大的發(fā)展?jié)摿Γ苁箶?shù)據(jù)傳輸更快，也符合現(xiàn)在高性能、低功耗芯片的發(fā)展趨勢(shì)。

早在2010年時(shí)，IBM就曾展示過(guò)石墨烯晶圓，晶體管頻率可達(dá)100GHz以上，理論上還可以制造出500GHz到1000GHz的石墨烯芯片。相比之下，現(xiàn)階段基于硅材料的處理器，超頻記錄也沒(méi)有超過(guò)10GHz。

在全球IEEE國(guó)際芯片導(dǎo)線技術(shù)會(huì)議上，正式將石墨烯定位為下一代新型半導(dǎo)體材料，同時(shí)也將碳基芯片定義為下一個(gè)芯片時(shí)代的主流。不過(guò)，石墨烯芯片的制造難度也非常高，數(shù)十年來(lái)業(yè)界一直在研究大規(guī)模量產(chǎn)的方法，但都沒(méi)有達(dá)到實(shí)用程度。目前，多個(gè)國(guó)家都在研究石墨烯芯片，一旦成功量產(chǎn)，就有望打破現(xiàn)今的硅基芯片壟斷局面。在中國(guó)，各企業(yè)和科研院所近年來(lái)也一直在石墨烯領(lǐng)域集結(jié)發(fā)力，我國(guó)自主研發(fā)完成的8英寸石墨烯晶圓，不管是性能或尺寸，都處于國(guó)際頂尖水平，華為首次公開(kāi)的石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管專利，也標(biāo)志著中國(guó)在芯片研究領(lǐng)域進(jìn)入了一個(gè)全新的開(kāi)始。截至2021年底，中國(guó)石墨烯專利技術(shù)申請(qǐng)量約占全球的80%，相關(guān)產(chǎn)品市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)到160億元。

前不久，工信部批復(fù)組建國(guó)家石墨烯創(chuàng)新中心等三家國(guó)家制造業(yè)創(chuàng)新中心。創(chuàng)新中心將面向石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的薄弱環(huán)節(jié)，圍繞石墨烯材料規(guī)模化制備、石墨烯材料產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用和石墨烯行業(yè)質(zhì)量提升等研發(fā)方向，開(kāi)展關(guān)鍵共性技術(shù)攻關(guān)，支撐打造貫穿石墨烯領(lǐng)域創(chuàng)新鏈、產(chǎn)業(yè)鏈、資金鏈、人才鏈和價(jià)值鏈的創(chuàng)新體系，助推國(guó)內(nèi)石墨烯產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步創(chuàng)新發(fā)展。

由于碳元素比較穩(wěn)定，具有易于成型和機(jī)械加工的特性，業(yè)界一直有傳言稱碳基芯片的制造完全可以繞開(kāi)復(fù)雜的EUV光刻設(shè)備，石墨烯晶圓也將實(shí)現(xiàn)碳基芯片的量產(chǎn)。

2021年5月，在中芯國(guó)際的互動(dòng)平臺(tái)上，就有投資者提出：“貴司是否愿意與中科院合作研發(fā)石墨烯碳基芯片項(xiàng)目”的問(wèn)題作出回應(yīng)。當(dāng)時(shí)，中芯國(guó)際就表示公司的業(yè)務(wù)未涉及石墨烯晶圓領(lǐng)域，這也打消了早先網(wǎng)上流傳的有關(guān)于“中芯國(guó)際可以依靠石墨烯芯片，在半導(dǎo)體領(lǐng)域中彎道超車”的謠言。對(duì)此，中科院團(tuán)隊(duì)也表示其并未說(shuō)過(guò)類似“我國(guó)是世界上唯一能夠生產(chǎn)8英寸石墨烯晶圓”的言論，望大家不要被誤導(dǎo)。

事實(shí)上，在美國(guó)對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)實(shí)行技術(shù)限制的大背景下，中芯國(guó)際很難做到既兼顧解決國(guó)內(nèi)芯片自給問(wèn)題，又做好石墨烯晶圓的新項(xiàng)目研究。即便可以，考慮到市場(chǎng)、成本、技術(shù)等問(wèn)題，硅基產(chǎn)品在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，依舊會(huì)處于業(yè)界主導(dǎo)地位，目前的碳基芯片基本上還處于概念階段，并沒(méi)有實(shí)際可以量產(chǎn)的成品出現(xiàn)。

與硅基芯片的發(fā)展軌跡類似，想要生產(chǎn)、研發(fā)碳基芯片，就必須有一套與之相匹配的完整產(chǎn)業(yè)鏈與大量的研發(fā)人員，這便產(chǎn)生了額外的成本。當(dāng)前半導(dǎo)體領(lǐng)域有關(guān)于芯片資源的競(jìng)爭(zhēng)十分激烈，放棄大好市場(chǎng)資源，投入大量人力、財(cái)力資源選擇一個(gè)尚未成型的市場(chǎng)項(xiàng)目，顯然是不明智的。

此外，在與硅基芯片的特性對(duì)比后，大家可能會(huì)產(chǎn)生“碳芯片的制程難度低于硅芯片”的誤解，但實(shí)際上，如果單從容量來(lái)看，碳基芯片的制程難度的確低于現(xiàn)有的硅基芯片，這是因?yàn)樘蓟酒扇菁{晶體管數(shù)量要高于硅芯片，碳晶圓的晶體管架空性也優(yōu)于硅晶圓。但是，由于碳原子有4個(gè)自由電子，碳晶體管本身具有較高的導(dǎo)熱性與電子活潑性，導(dǎo)致碳晶體管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分不穩(wěn)定，提高了芯片廠商對(duì)芯片自主可控電阻、電流的難度。這對(duì)于小規(guī)模生產(chǎn)來(lái)說(shuō)沒(méi)有影響，但若想大規(guī)模量產(chǎn)，需要芯片代工廠商擁有像實(shí)驗(yàn)室一樣的環(huán)境、技術(shù)條件，顯然是不太現(xiàn)實(shí)的，這也是碳基芯片實(shí)際量產(chǎn)難度高于硅基芯片的原因。

另外，針對(duì)網(wǎng)上流傳的的碳基芯片可避開(kāi)EUV光刻機(jī)的謠言，可信度也非常低。原因之一就在于，碳基芯片只是在同等性能的前提下，制程難度低于硅芯片，如同為10nm制程，碳基芯片的性能大概是硅芯片性能的5到10倍，但不管是哪種材料，要想生產(chǎn)7nm及以下的芯片，如今有且只有一條路，那就是通過(guò)EUV光刻機(jī)。