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应对未来芯片危机:欧洲致力于石墨烯等二维材料研发

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  西班牙《世界报》网站近日报道称,芯片危机影响到了几乎所有的工业活动,从汽车到手机或视频游戏的制造。最糟糕的是没有人知道它什么时候结束。

  报道表示,芯片危机在最糟糕的时刻爆发了——第6波疫情、交通支出泡沫和各种不可预测的不幸(日本工厂火灾、美国得克萨斯州风暴等)汇集在一起,迫使芯片工厂纷纷关闭。

  但实际上,报道认为这个问题迟早会爆发,因为整个欧洲还没有达到世界芯片产量的10%。那么,有解决的办法吗?有,但短期内无法实现——现在投资的任何东西都需要数年时间才能反映在工业生产中。欧洲正在拼命赶上制造芯片热潮时错过的那班车。

  报道认为,更重要的是引领下一代集成电路技术,其中,石墨烯等具有惊人特性的材料已经开始从实验室跃入日常生活,并将在其中发挥重要作用。欧盟已经开始致力于这项新技术的研发,但传统的硅半导体在中期内仍将是必不可少的。

  “现在要想替代硅非常困难”,西班牙阿拉贡纳米科学与材料研究所的研究员劳尔·阿雷纳尔坦言,“硅的性能良好。它是一种在纯度方面可以控制得很好的材料,而且成本非常低。一旦将硅材料的这些优点放在比较的天平上,硅就很难被击败。然而,几十年来,人们一直在寻找硅的替代品,近年来更是如此,因为硅材料正在达到减小晶体管尺寸的物理极限。”

  主要的替代方案之一是所谓的二维材料——即那些具有长度和宽度、但厚度仅一两个原子的材料,因此它们实际上几乎没有厚度。由碳原子的6边形晶格组成的石墨烯材料是最受欢迎的。由这种材料制成的芯片有朝一日可能会取代硅芯片,但该设想在未来几年内还难以实现,这方面仍有待进一步研究。最重要的是,有必要确保这些未来材料能够以可接受的成本进行可靠的生产。

  “欧洲在石墨烯研究和技术开发方面处于有利地位,而且正在采取正确的研发步骤,”西班牙石墨烯公司的科学总监阿马娅·苏鲁图萨说。西班牙石墨烯公司是一家专门从事石墨烯材料研发的企业。事实上,欧盟在2013年投资了10亿欧元,以推动之后10年内的石墨烯技术发展。最近一年来,石墨烯材料的3条试验生产线已经投入运行。苏鲁图萨还称,“我们想表明石墨烯材料具有竞争优势,它可以在芯片内实现我们想要的目标,我们正走在正确的轨道上。”

  情况并非总是如此,由于在欧洲生产芯片的成本更高,所有生产都被外包给了亚洲。“也许这不是正确的策略,我们应该保留一个小生产基地,这样才能供应本地的芯片需求,”苏鲁图萨坦言,“我相信欧盟现在已经意识到了当时采取的策略是不正确的,并且想要把这件事情做好。欧盟一直在为未来投资研发有前途的材料。从错误中吸取教训是明智的。石墨烯可能将成为应对未来芯片危机的B计划。”

  在此之前,也许在未来5年内,石墨烯将推动其他技术的发展,例如生物医学传感器和夜视摄像头等。此外,它很可能将成为下一代芯片的一部分——在这种情况下,石墨烯将增强硅的性能,而不是完全取代它。

  “只用二维材料制造集成电路是可能的,事实上已经有一些原型产品,但目前,它们与用现有硅技术生产的芯片在集成度、成本、可靠性和效率方面还相差甚远,”西班牙格拉纳达大学纳米电子学、石墨烯和二维材料实验室的负责人弗朗西斯科·加米斯指出。

  *免责声明:本文由作者原创。文章内容系作者个人观点,半导体行业观察转载仅为了传达一种不同的观点,不代表半导体行业观察对该观点赞同或支持,如果有任何异议,欢迎联系半导体行业观察。

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