Métodos de producción de chips basados en silicio y chips basados en carbono
Existen dos estrategias principales para fabricar estructuras de chips Wiener en el mundo:
1. -down Bottom: método de arriba hacia abajo
Los chips a base de silicio se fabrican de arriba a abajo utilizando tecnología de micronanoprocesamiento y el equipo utilizado es la máquina de fotolitografía de ASML. La máquina de litografía es como un cuchillo de carnicero, que utiliza luz para tallar los dispositivos en el diseño del chip en la oblea de silicio.
2. Ascendente: enfoque ascendente
La fabricación de chips a base de carbono utilizando esta tecnología de micronanoprocesamiento ascendente es como construir una casa. Para construir una casa, primero usamos ladrillos y luego usamos ladrillos para construir la casa de abajo hacia arriba. Los ladrillos utilizados para construir la casa con chips a base de carbono son nanotubos de carbono.
Resumen: La mayor diferencia entre los dos chips es que el chip basado en silicio talla una estructura de chip compleja en la oblea de silicio mediante fotolitografía y grabado, mientras que el chip basado en carbono utiliza una gran cantidad de nanotubos de carbono. para esculpir la estructura de abajo hacia arriba. La estructura del dispositivo de macrochip se construye sobre él, como si se ensamblara con ladrillos Lego. Todo se reduce a dos palabras: chip de silicio grabado, chip de carbono fabricado.
El estado de desarrollo de los chips a base de carbono
En la actualidad, China y Estados Unidos son las dos principales potencias tecnológicas del mundo. China y Estados Unidos han estado investigando el carbono. chips basados en más de diez años. El tiempo me persigue. Se dice que la competencia entre China y Estados Unidos es en realidad la competencia entre dos de las mejores universidades del mundo: la Universidad de Pekín y el Instituto de Tecnología de Massachusetts.
El laboratorio de la Universidad de Pekín dirigido por el académico Peng Lianmao lanzó el proyecto de circuito integrado basado en carbono en 2007. Desarrollaron creativamente un conjunto de métodos de fabricación no dopados para dispositivos CMOS de tubos de carbono de alto rendimiento a partir de aspectos como la fabricación de tubos de carbono, la tecnología de ensamblaje y la estructura del dispositivo. Al ajustar la función de trabajo del metal de contacto, pueden controlar la polaridad de. el dispositivo. En pocas palabras, se trata de cambiar el material del electrodo de contacto de los nanotubos de carbono, utilizar metal como electrodo fuente y de drenaje con función de trabajo alta, y utilizar aluminio como electrodo fuente y de drenaje con función de trabajo baja.
En 2017, el equipo experimental dirigido por el académico Peng de la Universidad de Pekín logró grandes avances en la tecnología de fabricación de tubos de carbono, la física de dispositivos de tubos de carbono y la exploración de los límites de rendimiento. y creó un dispositivo CMOS de nanotubos de carbono con puerta de 5 nm que funciona dos veces más rápido que los últimos transistores de silicio comerciales de Intel, pero consume solo 1/4 de la energía. Esto muestra que los dispositivos CMOS de nanotubos de carbono por debajo de 10 nm tienen ventajas de rendimiento obvias sobre los dispositivos CMOS basados en silicio. El resultado de esta investigación fue publicado en la revista Science. La innovadora investigación realizada por el equipo experimental de la Universidad de Pekín demostró la viabilidad y superioridad de los chips a base de carbono. Sin embargo, todavía queda un largo camino por recorrer antes de que la investigación y la producción comercial a gran escala sean exitosas, y el problema de la capacidad de producción de chips de Huawei no se resolverá por un tiempo.
En cuanto al MIT, un equipo liderado por el profesor Schulaker está realizando una investigación sobre chips a base de carbono en Hello. En 2019, la revista más importante del mundo, "Science", publicó un artículo del equipo de Schulacker en el que presentaba un microprocesador basado en carbono con 14.000 transistores de carbono. Este microprocesador de 16 bits únicamente se basa en la organización de código abierto RISC-V.
Utilizaron una tecnología llamada MIXED, que es similar al método del equipo experimental de la Universidad de Pekín. Las funciones de los transistores se realizan controlando los materiales de los electrodos, como los metales depositados. El equipo de Shulaker está más preocupado por la compatibilidad con la tecnología de chip existente basada en silicio. Utilizan el software de diseño de chips EDA estándar actual, que se prepara utilizando materiales y procesos compatibles con chips basados en silicio. El resultado es un circuito integrado compuesto por 14.000 transistores de carbono. Este método puede realizar aplicaciones industriales más rápidamente, que es básicamente el nivel técnico de los chips basados en silicio de hace 30 años. Todavía queda un largo camino por recorrer para lograr verdaderamente una producción comercial en masa.
En este campo de batalla tecnológico del futuro, China está ligeramente por delante de sus competidores.
A diferencia del pensamiento práctico y utilitario del equipo de Massachusetts, el objetivo del equipo experimental de la Universidad de Pekín es superar de manera integral el pensamiento innovador de los chips basados en silicio. En mayo de 2020, el equipo experimental de la Universidad de Pekín logró otro avance en la revista Science. Resolvieron un problema importante: cómo lograr la disposición y construcción ordenada de nanotubos de carbono de alta pureza. Prepararon de forma innovadora una solución de nanotubos de carbono con una pureza superior a 99,9999 y utilizaron la solución de alta pureza para ensamblar a través de restricciones de tamaño y preparar una estructura de nanotubos de carbono de alta densidad cuidadosamente dispuesta en una oblea de silicio de 4 pulgadas.
Los microprocesadores que fabricaron mediante esta distribución eran más pequeños que los fabricados en el laboratorio de Massachusetts, pero los transistores basados en carbono mostraron un rendimiento superior a los transistores de silicio con longitudes características similares.
Resumen final:
La fabricación de chips a base de carbono requiere la preparación de conjuntos de tubos de carbono de gran superficie, alta densidad y alta pureza en la oblea. En la actualidad, la tecnología de investigación relevante de la Universidad de Pekín ha liderado el mundo. Con el tiempo, creo que la investigación de mi país sobre chips a base de carbono definitivamente logrará avances en las aplicaciones comerciales, romperá las barreras técnicas extranjeras lo antes posible y producirá chips a base de carbono avanzados y de alta gama.