近日，英國塞薩斯大學(xué)(University of Sussex)的物理學(xué)家制成了一種迄今為止最小的微芯片，它可以由石墨烯和其他2D材料，使用一種“納米折紙”的形式制成。這項(xiàng)研究結(jié)果已于近期被刊登在了知名科學(xué)期刊《ACS納米》(ACS Nano)上。

“這是絕對關(guān)鍵的，因?yàn)殡娔X制造商現(xiàn)在已經(jīng)到了用傳統(tǒng)半導(dǎo)體技術(shù)所能做的極限。最終，這將使我們的電腦和電話在未來的速度提高數(shù)千倍?！?

這是歐盟2D-EPL項(xiàng)目的一個里程碑。歐盟“石墨烯旗艦計(jì)劃”是歐洲有史以來最大的多方合作研究計(jì)劃，投資預(yù)算達(dá)10億歐元。二維材料的特性可能有益于推動芯片微縮化。近年來，研究人員探索越來越多新型二維材料，包括石墨烯、MoS2等半導(dǎo)體、hBN等絕緣體。如果將幾種不同的二維材料垂直堆疊，就形成了許多功能更加豐富的新型范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)。石墨烯(Graphene)是 一種由碳原子以sp2雜化軌道組成的，六角型、呈蜂巢晶格的二維碳納米材料，具備良好的導(dǎo)電性、熱傳導(dǎo)性、高強(qiáng)度、高電子遷移率等特性。IBM一項(xiàng)研究表明，相比硅基芯片，石墨烯芯片在性能和功耗方面將有較大提升。比如，硅基芯片制程從7nm推進(jìn)至5nm，芯片速度將有20%的提升;而7nm制程的石墨烯芯片相比7nm制程的硅基芯片，速度提升高達(dá)300%。

石墨烯是一種由碳原子組成的六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料，2004年，英國曼徹斯特大學(xué)教授安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫成功從石墨中分離出石墨烯，并在2010年憑此獲得諾貝爾物理學(xué)獎。石墨烯是迄今為止自然界最薄、強(qiáng)度最高的材料，可以被無限拉伸，彎曲到很大角度不斷裂，不僅導(dǎo)電率高，而且十分穩(wěn)定。此外，它的另一個神奇之處在于，“零滲透”，無論是氣體，還是液體，都無法滲透進(jìn)它，可以說是“針插不進(jìn)、水潑不進(jìn)”。石墨烯引用相當(dāng)廣泛，可以應(yīng)用于電池等。2021年石墨烯電池又火了，1月16日，廣汽集團(tuán)股份有限公司黨委書記、董事長曾慶洪宣布，廣汽集團(tuán)的石墨烯基快充電池具備6C快充能力，結(jié)合高功率超充設(shè)備，最快8分鐘就能充電至80%。同時還在開發(fā)結(jié)合硅負(fù)極材料，能量密度可達(dá)280Wh/kg，續(xù)航里程達(dá)1000km的新型電池。

微芯片是由杰克·基爾比(Jack Kilby)在1958年9月12日發(fā)明的，這個裝置揭開了人類二十世紀(jì)電子革命的序幕，同時宣告了數(shù)字時代的來臨。微芯片是采用微電子技術(shù)制成的集成電路芯片，它已發(fā)展到進(jìn)入千兆(芯片GSI)時代。微芯片(microchip，有時簡稱芯片)是一片包起來的計(jì)算機(jī)電路(一般叫集成電路)，它是用一種原料例如硅(silicon)在很小的體積上制成的。微芯片是用來進(jìn)行程序邏輯(邏輯或微處理器芯片)和計(jì)算機(jī)存貯(存貯器或可存期存貯器)的。微芯片也用來既包括邏輯又包括存貯，還可能為了特殊目的，例如模擬數(shù)字轉(zhuǎn)化(analog-to-digital conversion)、位片和網(wǎng)關(guān)。微芯片上的器件密度已達(dá)到人腦中神經(jīng)元密度水平。這樣水平的微芯片將促使計(jì)算機(jī)及通信產(chǎn)業(yè)更新?lián)Q代，大大改變?nèi)藗兩a(chǎn)、生活的面貌。科學(xué)家們已在討論把微芯片記憶線路植入人的大腦以治療老年性癡呆癥，或增加人的記憶能力的可能性。用微芯片制做的手提式超級計(jì)算機(jī)、電子筆記本、微型翻譯機(jī)和便攜式電話等已陸續(xù)出現(xiàn)。

值得一提的是，與常見的芯片制造技術(shù)相比，科研團(tuán)隊(duì)此次采用的技術(shù)更為環(huán)保和可持續(xù)。因?yàn)檠芯咳藛T不需要向其中添加額外材料，同時加工過程在室溫而非高溫下進(jìn)行，因此制作這種微芯片所需的能源更少。本項(xiàng)研究提出的新型轉(zhuǎn)移方式，解決了二維材料在各類基底的集成電路上構(gòu)建器件的一個挑戰(zhàn)。但是，石墨烯等材料在集成電路產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用仍有缺乏適合的能隙寬度、成本較高、未得到大規(guī)模驗(yàn)證等許多其他難題留待解決。