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10 月 28 日,中科大团队在《自然》刊发论文,成功制备出线宽仅 0.9 纳米的碳基导线,尺寸比直径 2 纳米的 DNA 还要细。

碳元素结构多变,金刚石绝缘、石墨导电,这次团队通过调整碳原子排布,让碳材料拥有了金属导电特性,未来有机会替代芯片沿用几十年的铜线,硅基芯片依靠持续缩小晶体管尺寸,在六十年里不断提升性能,但这条路已经逼近物理极限。

晶体管缩小到几纳米之后,电子会发生隧穿效应,逃逸出去的电子不参与运算,只会持续发热,碳材料是当下最受看好的替代方向,电子迁移率理论上能达到硅的几十倍甚至上百倍,切换速度更快,功耗更低,还能同时用来做晶体管和互联导线。

碳基芯片研究已经持续二十多年,晶体管方向成果不少,北大 2017 年就造出 5 纳米碳纳米管晶体管,同等栅长下性能远超硅基器件,真正拖慢进度的,一直是互联线路,2025 年 6 月,国内首条碳基芯片产线在重庆投产,我们已经可以造出碳基芯片样品,可内部最细的连线依旧离不开铜。

铜线缩小到十几纳米时,电子不断撞击边界,电阻急剧升高,发热问题随之而来,业内把这个难题叫做互联瓶颈。

中科大团队换用稳定性更强的八元碳环分子,先在银基底连成分子链,加热完成结构重排,继续升温让相邻链侧向耦合咬合,最终得到目标碳纳米带,在低温低偏压条件下,电子在材料内部近乎无散射传输,实现近弹道输运。

当然这项成果还处在实验室阶段,样品长在导电的银基底上,还无法直接放到芯片绝缘层布线,距离量产还有很长的路。

但它的意义不容小看,碳基芯片不缺性能优秀的晶体管,缺的就是适配体系的互联导体,这次突破,为碳基芯片打通了一条全新的技术路径,也让我们在下一代芯片赛道,又多了一份底气。