“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。
据介绍，研究院展厅里玻璃展示柜上的两片薄薄的8英寸碳基晶圆，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。
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。
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。
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。
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。”
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。
据介绍，近期，研究院还与重庆赛宝工业技术研究院达成合作，在西永微电园建设碳基集成电路检测中心，打造国内一流的检测平台，面向行业提供公共服务。
“碳基芯片可以绕过先进光刻机的限制，具有更广泛的应用前景。”北大重庆碳基院技术研发人员王程博称，目前，研究院正聚焦智能传感、模拟射频、先进电子、AI芯片四个应用方向，逐步推进碳基芯片产品的应用开发。
据北大重庆碳基院常务副院长刘洪刚介绍，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。
“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，对标7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。
事实上，团队在工艺技术上保持领先水平的同时，也为重庆打造碳基集成电路技术高地和产业化高地先发优势奠定了坚实基础。
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