国内首条碳基集成电路生产线为何诞生在重庆■★■？碳基芯片能打破摩尔定律的◆★◆■◆◆“天花板”★◆■★，取代硅基芯片成为主流吗？“中国芯”能凭此逆风翻盘★★◆◆◆■，实现“换道超车”吗？碳基芯片距离我们的生活还有多远？……随着国内首条碳基集成电路生产线在渝投运，人们对■◆“中国芯”有了新期待。近日，记者带着一系列问题，走进北京大学重庆碳基集成电路研究院（以下简称■■“北大重庆碳基院”）进行了采访◆■★◆■■。

　　张志勇坦言★■■◆■◆，硅基芯片在美国已经发展了60多年，而在整个硅基芯片的研发上★■■■，我们国家落后很多，不论是材料还是设备、软件★■★◆★、制造工艺等，都是购买别人的，想在硅基的道路上“弯道超车”不太现实，需要“换道开车■★”。而在碳基的道路上，对全球来说，这都是一条全新的赛道，更何况，目前我们还处于相对领先的位置，甚至有望凭此◆★■“换道超车”★■■，★★◆◆◆“要想不受制于人，我们必须要发展自己的集成电路技术■■★◆。■★★◆■”

　　技术发展路线图（ITRS）委员会就把碳纳米管列为延续摩尔定律的未来集成电路材料选择。如今，用碳纳米管晶体管制备的碳基芯片，综合性能可以比硅基芯片提高成百上千倍■★◆◆◆，逐渐成为学界的共识。

　　记者走进研究院★◆★■■，一块大屏幕映入眼帘。屏幕上显示的，便是国内首条碳基集成电路生产线的实时场景——

　　像这样搭载碳基芯片的产品■◆★★■■，今后还将有很多★★★■◆■。刘洪刚介绍，目前，北大重庆碳基院已经成立了产业孵化平台◆★◆，通过提供★◆◆“人才培养★■■◆、平台共享、技术转让、种子基金”等扶持政策，未来将重点孵化5家创新型科技企业，加快培育壮大碳基集成电路产业生态。刘洪刚称■★，碳基集成电路一旦进入主流集成电路市场◆★■■，将带动上下游产生千亿量级的产值■◆◆，助力重庆成为集成电路技术与人才高地■■■◆■，为重庆打造万亿级新一代电子信息技术制造业贡献力量。

　　西部（重庆）科学城西永微电园是一栋三层小楼，是北大重庆碳基院的所在地。今年4月，研究院刚从附近的一处临时办公场地乔迁于此。

　　“尽管这条生产线和我们的技术路径不一样，但在此基础上进行改造★◆◆■■，增加一些碳基集成电路专用设备■■，就能迅速搭建起一条碳基集成电路生产线。”他告诉记者，碳基集成电路的工程化和产业化有许多问题亟待解决，需要很长的时间和大量的投入。在现有资源的基础上建设生产线★★◆◆■，无疑将为团队节省大量的时间和投入◆■。

　　“在碳基集成电路技术的工程化发展上，可以说，我们是从乡村小路走上了高速路。”张志勇感慨道。事实上，团队还有更长远的技术发展规划——★★■◆★“十四五”时期★◆，在上述碳基集成电路生产线上，完成从器件设计、单步工艺、工艺集成到器件优化的全流程技术能力建设，迈出碳基芯片从实验室走向工程化的第一步◆★■★■。在此基础上，★◆★“十五五★◆”时期◆■◆■◆★，独立打造28纳米碳基集成电路生产线纳米硅基集成电路性能，到2028年实现年产碳基晶圆10万片的目标★◆。

　　碳基芯片，顾名思义◆◆◆，是以碳为核心材料制造而成◆■■。具体而言，北大重庆碳基院采用的是碳纳米管。这种材料于上世纪90年代被发现★■■，是一种由碳原子组成的微小管状结构。以中国科学院院士彭练矛领衔的北大碳基团队，对它的研究已有25年。

　　也是从那一年起，刘洪刚开始常驻重庆。“刚来时★◆★，我们虽在临时场地办公，但距离生产线只有三五百米★★★■◆。团队人员隔三岔五就往产线跑，甚至从早到晚就泡在车间里。”他坦言，从实验室的技术研究，到生产线的工程化验证，这一步很关键。尽管团队在实验室里做出了一些碳基芯片，效果不错，但要从生产线上加工出来，会面临一些新的技术难题，有待团队进行二次开发◆■★★。

　　在张志勇看来，要实现规模化生产◆◆，就需要专用的生产线，这是学校里所不具备的★■■■◆。要想推动碳基集成电路技术继续向前走★◆★◆◆■，他们就需要走出学校，争取更多资源，开展碳基集成电路的工程化和未来的产业化研究。

　　“这条生产线上，碳基集成电路专用设备有十几台，都是国产的，一部分还是由我们北大团队和研究院团队自主研发的★■◆◆◆。◆■★◆★”北京大学电子学院教授■■、北大重庆碳基院院长张志勇说。

　　为此，自2001年以来，在国家持续20年的专项支持下■◆★■◆，北大碳基团队从零开始◆★■■◆■，探究用碳纳米管材料制备集成电路的方法，研发出一整套高性能碳纳米管晶体管的无掺杂制备方法◆★◆◆■。

　　事实上，上世纪90年代，国内外知名高校◆■◆、科研机构和企业都对碳纳米管表示出极大兴趣，掀起了一波研究热潮。不过■★★■★，那时研究人员是基于单根碳纳米管展开研究，要将几十亿甚至上百亿根的碳纳米管晶体管集成在一张基底材料上■■◆，他们认为是一个不可逾越的障碍，因而无法制备出碳基芯片◆■◆■★。

　　不过，这些管子虽然很微小，却有强大到令人惊叹的特性——电子在碳纳米管里的移动速度比硅快约10倍，这意味着，它能制造出运算速度更快的电子器件◆◆■★，且功耗低、散热效果好■★◆★。更重要的是◆★■，有别于硅基芯片是晶体管的二维集成★◆，它能实现晶体管的三维集成★■■★◆，达到更高的集成度■■★◆■■，在理论上具有更高的性能潜力■■★，从而打破摩尔定律的“天花板”，突破当前硅基芯片面临的技术瓶颈◆★◆★。

　　为何要坚持？这是科学家勇闯“无人区”的科学追求★■◆，更是芯片破解“卡脖子”难题、摆脱受制于人的国家使命。

　　成功“牵线年★■◆■■，北大碳基团队首次制备出达到大规模碳基集成电路所需的高纯、高密碳纳米管阵列材料，并加工出性能超越硅基集成电路的碳纳米管集成电路。相关研究成果在世界顶级期刊《科学》上发表■◆。

　　洁净的生产车间里■■◆，几个身着防尘服的工人在来回走动，他们身旁的设备有序运行着■■，一道道工序完成后，碳基晶圆便从这里下线★★★。

　　碳基晶圆的旁边★◆■◆，就摆放着一个碳纳米管模型，它比实际的碳纳米管放大了一亿倍。★◆◆■★“碳纳米管肉眼不可见，直径只有1—2纳米，相当于头发丝的50万分之一★◆。”张志勇介绍。

　　研究院展厅里，两片薄薄的8英寸碳基晶圆放在玻璃展示柜上，经过后续加工，一片晶圆能分割出100多颗碳基芯片。目前◆■■★■◆，生产线投运一个月，像这样的晶圆，已经实现量产。