摩尔定律逼近极限 碳纳米管能否成为集成电路材料下一条“赛道”？

集成电路是现代信息技术的基石，随着摩尔定律逐渐逼近极限，寻找硅材料替代品显得尤为迫切。下一条集成电路材料“赛道”在哪里？日前举行的东方科技论坛吸引了国内多位专家参与研讨。目前，相比于石墨烯、二维材料等选项，碳纳米管呼声相对较高，被认为是比较有希望取代硅的未来电子材料。

如今，世界上最领先的集成电路工艺已经达到7纳米，想要做得更小，硅材料在散热、功耗等方面就呈现出短板。早在2006年，国际半导体技术路线图委员会就认为，摩尔定律将在2020年达到极限。故此，他们推荐碳基纳电子学（包括碳纳米管和石墨烯）作为可能在未来五至十年内显现出商业价值的下一代技术。根据测算，在步入10纳米技术节点后，碳纳米管的芯片性能和功耗都比硅芯片有了明显改善。例如，从硅基7纳米技术到5纳米技术，芯片速度大约提升20%，而碳纳米管基7纳米技术的芯片速度将提升300%。

尽管碳纳米管被认为未来前景可期，但在实际研发中仍遇到了不少问题。北京大学信息学院教授、纳米器件物理与化学教育部重点实验室主任彭练矛告诉记者，由于碳分子结构稳定，很难像硅材料一样通过掺杂其他物质改变性能，因此在需要可塑性N型晶体管的研制上一直没有进展，其性能也未能超越硅材料。

碳纳米管要实现产业化，尚有很长一段路要走。彭练矛表示，碳基集成电路研制是一个庞大的系统，除了材料学，还涉及微纳加工技术、电子器件设计与制备、系统集成等多个领域。他还建议，我国要尽快建立碳基电子学国家战略。

华南理工大学材料科学与工程学院马於光教授同样认为，2020年是一个重要时间节点。目前，美、欧、日、韩等国纷纷启动投入高达数十亿美元的研究计划，大力支持和推动下一代电子技术的材料研究。他还表示，除集成电路外，我国要突破光刻机、锂电池、射频器件等一系列“卡脖子”技术，很大程度上取决于材料科学的研究进展。眼下，高性能分子材料与现代电子技术的融合，已到了从基础研究转向应用的关键时期。