8英寸碳基晶圆与冰刻相继传来好消息,中国芯独立自主还有多远?

10月16日举行的2020中国国际石墨烯创新大会上,超平铜镍合金单晶晶圆、8英寸石墨烯单晶晶圆、锗基石墨烯晶圆等新材料亮相,展示了我国在高质量石墨烯材料领域的创新成果。在上海市石墨烯产业技术功能型平台的推动下,科研团队实现了这些成果的小批量生产,产品尺寸和质量处于国际“领跑”地位。

今年是对我国半导体行业来说是非常困难的一年,同时也是充满机遇,我国已把大力发展第三代半导体写进十四五规划,中国科学院把“卡脖子”清单变成科研清单,提升集成电路学科从二级提升一级学科等等,这些都是半导体积积极发展的信号。最近中科院亮相第三代半导体材料8英寸石墨烯单晶晶圆,经过十年的潜伏研究,终于取得了突破,也标志着我国可以从碳基芯片换道超车打下了坚实的基础。

8英寸碳基晶圆研发的重要性

碳基晶圆的突破,无疑是寻找到了我国在芯片上另外一个破冰发展的方向,加速推进我国碳基集成电路技术的创新跨越发展。目前,所有的晶圆都是以硅基为材料的,在芯片供应链上不光制造设备、晶圆、光刻胶等材料都是短板,要想全面突破难度比较大。但如果换成硅基,那情况就大不一样了。在这一块华为其实早就部署了相关的研究,之前任正非也早已提出,把之前的在硅基的电平信号转换为光信号,在光信号这块恰恰是华为比较厉害的地方。

北大教授给传来个好消息,在碳基半导体已经完成关键技术突破了,并且已经和华为在产品应用上对接了。

其实华为很早就部署了碳基的相关研究,还拟在英国建立光电研究中心,就是想利用人才大力发展碳基芯片,这一领域,我国是走在世界前列的。更为重要的是,碳基芯片材料的石墨烯晶圆是一种全新形态的芯片,在性能上比传统硅基提高十倍以上,因此其芯片的稳定性和性能均有大幅提升。

冰刻拟代替光刻胶,再次迎来重大突破

过去两个月,西湖大学仇旻研究团队,在Nano Letters、Nanoscale、Applied Surface Science等期刊上连续发表一系列研究成果,对小到微米甚至纳米级别的“冰雕”游刃有余。从精确定位到精准控制雕刻力度,再到以“冰雕”为模具制作结构、加工器件,一套“wafer in, device out.”(材料进,成品出)的“冰刻2.0”三维微纳加工系统雏形初现。

要想实现芯片制造突破,需要突破多个“短板”。最近,西湖大学云栖校区的纳米光子学与仪器技术实验室里就取得了一项震惊半导体领域的成果——用冰刻技术代替光刻胶。这不仅解决了我国在光刻胶领域的短板,更是提供了光刻全新的思路,再次打开了我国在半导体领域发展的想象空间。

半导体领域光刻胶赛道换道超车——用冰刻替代光刻胶,打开了全新的想象空间。我们知道制造芯片不仅需要光刻机还需要光刻胶,那么实现将光刻胶换成冰刻呢?传统电子束打在光刻胶上,涂有光刻胶的地方就被保护起来。换成冰刻后,电子束打在冰层上,被照射的地方将被分解成水汽,剩下的就是冰模板。相比传统光刻胶,还需要洗胶,冰刻更简便。

冰刻相比光刻有哪些优势?

首先,冰刻不仅简化了流程,更重要的是在成本上也降低了,更是给我国高精端仪器的发展提供了全新的思路,相比传统光刻过程,它又有哪些优势呢?

1.光刻流程简单化,良品率更高,省去了洗胶的步骤,同时不存在因洗光刻胶不干净导致良品率低等问题。

2、光刻过程中定位简单化,加工多层式三维立体结构时,可借助低强度的电子束定位冰胶,相比传统光刻胶,这样简化了光刻过程中定位难度。

3、电子束可以直接当定位器,而使用光刻胶光刻,必须引入复杂昂贵的对准装置,在定位上精度还不如电子束直接定位精度高。

4、冰刻的力度可以直接按照比例推算,可以更好的掌握电子束“雕刻”时力道控制的精准性和灵活性,而使用光刻胶在力度掌握上就复杂的多。

5、冰刻相比光刻胶更绿色环保,利用冰刻技术在光纤断面和曲面都可以制作微纳结构,在真空环境只需调节温度,就能完成多余废料清除。

离芯片自主还有多远?

今年我国半导体领域多方取得突破,但很多网友会问,我们离芯片独立自主到底还有多远?碳基晶圆的突破,是第三代半导体发展的重要进步,这解决了发展碳基芯片的材料问题,同时我国以华为为代表的科技公司,正在加大碳基芯片的研究进度,相信很快也会迎来新的突破。

另外,西湖大学研究团队提出的冰刻新思路,为解决光刻胶提出新的研究方向,这意味着我国在芯片独立自主的道理上又向前迈进了一大步,但何时能在硅基上实现自主化呢?尽管中芯国际最近宣布已掌握7nm的工艺技术,但要想真正图片还需要等芯片制造设备迎来突破,而这一块中科院也正在全力攻关,突破也只是时间问题。总的来说,芯片独立自主化的道理已越来越近了。

​总结:

对于半导体行业来说,是我国未来发展的重要方向,也是国家科技水平的体现,我国半导体行业发展也明显加速了,尤其是华为遭遇“芯片荒”,也意识到掌握核心技术的重要性。面对各个困难与问题,我国半导体行业都在想办法各个击破。新一代的石墨烯晶圆还是芯片新冰刻方式,都为我国半导体发展提供了很大的技术支持,半导体领域科技人员在不断尝试与摸索,尽管当前半导体领域整体发展还不尽如意,但只有继续努力,或许我国不仅能换道超车,在原来的赛车道上也能实现赶超,中国芯片的崛起也将指日可待!

本文源自头条号:生活与逻辑分享

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