碳基芯片最核心技术是什么?A股唯一核心技术概念股竟然是它据报道，北京元芯碳基集成电路研究院27日举办媒体发布会，该院表示，经过多年研究与实践，解决了长期困扰碳基半导体材料制备的瓶颈，在碳基半导体材料制备获重大突破，早盘多只概念股涨停。中国科学院院士、北京大学电子学系主任彭练矛彭练矛认为，碳基半导体产业化的推动，须由ZF主导，产业界配合。他坦言：“我们只能在小规模上慢慢努力，一定程度上还是要国家来下这个决心。判断对现有加工芯片的能力和方式是否满意，对碳基的未来是否看好。当然新的可能性有可能带来新的前景，也有失败的可能性。但除了碳管技术，其他材料离硅技术还差的远。碳纳米管是已经展示出的最有前景的技术。从我们20年工作经验来看，也没有发现可能阻止这项技术推进的障碍。”鉴于碳基集成技术具有更好的工艺兼容性，可以实现柔性、透明等新形态芯片，有望在显示、医疗和健康监控、抗辐射等特殊环境、以及近红外成像等领域首先实现规模应用。而硅本身并非柔性材料，在这些特殊领域相对优势薄弱。彭练矛建议，碳基半导体产业化可以优先从这些领域突破。对新技术的贡献度决定了未来产业的话语权，如同美国今天在集成电路产业的话语权来自其在该领域数十年的贡献。
碳基半导体是个全新的起点，尚没有任何国家和团队建立起绝对优势，比如MIT在系统设计层面领先世界，而彭练矛和张志勇团队在材料和晶体管性能方面技术领先。在芯片产业自主可控愈益紧迫的当下，碳纳米管或能成为中国半导体产业“变道超车”的机会。全新的基础材料和晶圆制备工艺意味着一个重塑产业链的机会，从EDA到封装，需要构建全新的生态链。这需要政府和业界以拥抱新技术的热情和布局未来的远见，共同努力。值得一提的是，在5月26日的发布会现场，有华为公司人员出席。不过当被问及双方是否有合作时，彭练矛表示不便透露。“碳时代”即将到来，中国半导体产业迎“变道超车”机会？中国“芯”“变道超车”机会伴随着可移动智能设备、云存储和大数据处理的广泛应用，快速发展的信息产业对下一代更快、更节能的半导体材料提出了更高的要求。碳纳米管电子空穴高迁移率与本征半导体结构使其具有优异的电学性能，有望取代硅成为下一代碳基集成电路的核心材料。如何利用我国碳纳米材料研究的优势实现在下一代半导体材料上的突破从而摆脱芯片长期依赖进口的局面是碳纳米管应用的一个重大问题。目前制约高性能碳纳米管晶体管规模化应用的关键在于制备大量手性一致、高密度的碳纳米管材料。
IBM表示：要想实现下一代基于碳纳米管的高性能电子器件，其半导体纯度应达到99.9999%，密度应达到125根每微米，即制备出单一颜色、相同手性的碳纳米管粉体是碳纳米管制备的终极目标。碳基半导体芯片最核心技术:单壁碳纳米管的手性可控合成我国在碳纳米管电子器件及材料制备的工程应用领域具有显著优势，特别是在单根碳纳米管晶体管无掺杂制备及最小碳纳米管器件领域做出了众多原创性贡献。在碳纳米管宏量制备领域，也已率先实现世界最高、千吨级产量聚团状和垂直阵列状碳纳米管的批量制备，并在动力电池领域规模化应用。然而，碳纳米管的结构缺陷、手性结构控制仍然是制约高性能碳基芯片应用的关键问题。单壁碳纳米管的电子和能带结构取决于其碳原子六元环沿管壁的排布方式，亦即手性指数(n,m)，因此手性选择性的合成既具有重要的科学意义，也是许多高端应用的要求，同时也是领域内最具挑战性的研究课题。单壁碳纳米管手性分类，不是L，S这样的简单分类，由手性指数，（2.2）（2.3）……（6.5）（6.6）多种类型，每种类型的禁带宽度都不一样，也就是半导体性能不一样。在一个阵列中出现不同手性碳纳米管，会导致载流子流动不规则，甚至相互抵消。
在芯片基底材料中至关重要。所以，碳基半导体芯片最核心的技术是基底材料加工，加工工艺中最重要的是手性碳纳米管阵列合成质量。新型的碳基半导体芯片材料最核心的工艺技术就是碳纳米管阵列的精准手性催化合成，彭练矛文章中采取的方法是先合成碳纳米管阵列，再用有机溶剂清洗掉杂化手性的碳纳米管，保留单一构型。这种方法在实验室中较为容易操作，但在工业级别中就不实用，实用的工业技术是今年国家自然科学一等奖周其林院士的利用有机配体的手性合成技术，这一点很可能在瑞德西韦工艺改进中已经被证实，导致瑞德西韦工艺进程缩短一半。由于彭练矛目前尚未有上市公司与之合作，因而个人认为唯一与碳基半导体芯片基础材料加工工艺相关的上市公司就是目前唯一手性催化配体生产商，九洲药业（与周其林院士和丁奎岭校长深入合作）
关键词： 赛意信息战略投资鑫光智能
企业简介
广东鑫光智能系统有限公司成立于2015年2月，总部位于粤港澳大湾区几何中心——中山坦洲，是一家专业从事智能制造整体解决方案研发设计、生产制造与销售的综合服务商。公司着眼客户将产业战略提升到涵盖产品全生命周期的数字化、智能化全过程的发展趋势，致力于为客户提供以自主核心技术、核心零部件、研发并生产智能装备、实施行业系统解决方案为一体的综合服务；公司拥有技术创新团队近三百余人，多人是工业和信息化领域急需紧缺人才，具备多年非标设备设计制造经验，现已申请30余项自主发明专利、100余项实用新型专利、获得11项软件著作权。同时，公司汇集行业多领域的顶尖人才，长期与华科、华南理工、北理工、中科院开展产学研合作，拥有院士工作站、博士后科研工作站，已获得国家级高新技术企业、广东省工程技术研究中心、广东省企业技术中心、广东省机器人骨干企业等多项认证，是国家工信部重点培育企业。
公司专注于智能制造整体解决方案，拥有系统集成、软件开发、工业互联网、先进装备制造的技术优势，已为家电行业、家居行业、金属加工行业、电梯行业、通讯设备行业、工程机械装备行业等众多龙头企业提供相关的智能制造生产解决方案与项目实施服务，助力客户实现工业4.0的愿望。
未来，鑫光智能将一如既往秉承“客户至上 匠心卓越”的服务理念，践行“以科技智能、流程智慧推动中国智造”的企业使命，推进装备制造业智能化的快速发展。
—— 鑫光智能
签约仪式
上证报中国证券网讯赛意信息(证券代码：)11月20日晚公告，公司拟以自有或自筹资金出资1900万元受让广东鑫光智能系统有限公司现有股东持有的鑫光智能10%股权，同时拟增资3000万元认购鑫光智能新增注册资本666.67万元。本次交易完成后，公司将持有鑫光智能19%股权。
鑫光智能是一家智能制造整体解决方案研发设计、生产制造、销售与服务提供商，长于工业智能化及自动化，如将物联网技术融入制造业生产，包括工业控制技术、柔性制造、数字化工艺生产线等，在智能工厂规划及建设、整线设计及集成、先进装备制造、制造过程数字化等方面拥有丰富的专业经验。
鑫光智能拥有多项自主研发的前沿技术，已申请30余项自主发明专利、100余项实用新型专利、获得11项软件著作权，并长期与华南理工、中科院等开展产学研合作，形成了以自主核心技术、核心零部件、研发并生产智能装备、实施行业系统解决方案为一体的完整产业链。
鑫光智能原有股东承诺2019年、2020年、2021年实现税后净利润分别达到2000万元、3000万元、4000万元。
赛意信息表示，本次交易完成后，双方将在研发上开展紧密协同，为市场提供更完整的、更自主可控的基于新一代信息技术的工业物联网综合数字智造解决方案，以期实现工业制造的横向与纵向的柔性集成：横向应用信息技术，从用户需求至产品设计、制造、物流、服务，实现全流程供应链体系的整合；纵向通过物联网技术，实现自企业到工厂，及至车间到产线设备一体化的数字化连接及控制。同时，双方将在销售市场上紧密合作，基于双方的客户及市场高度匹配，能够进一步扩大公司的客户资源覆盖面，提升产品服务竞争优势，形成公司新的业务及利润增长极。
关于赛意
广州赛意信息科技股份有限公司(以下简称“赛意信息”)是国内领先的产业数字化转型服务公司之一，为国内众多的大型企业如华为、美的、海航等提供数字化转型的全方位解决方案和实施方案，在传统工业制造、高科技企业制造等多个领域拥有丰富的IT项目实施经验。同时，在北京、深圳、上海、成都、武汉、济南等地区开设有分子公司和交付基地，并于2017年8月份在深圳创业板上市(证券代码：)。目前赛意信息正发力智能制造和工业互联网市场，引领各行业企业客户提质增效和创新转型。
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大家都知道，当代的信息技术是建立在硅（Si）材料上的。所以很多人脑洞大开地设想将来会出现“硅基生命”，也就是有自我意识的机器人，或者人把意识上传到网络。或许，高等级的外星文明已经是硅基生命了。
终结者
跟硅基生命相对，地球上现有的以碳（C）元素为基础的生命就被称为“碳基生命”，包括人类在内。所以经常见到这样玩笑的说法：在硅基生命看来，你们这些碳基生命都是渣渣！
碳基生命
然而，硅基真的比碳基高级吗？其实完全不见得。现在一个很重要的研究方向，就是基于碳材料的信息技术。
最近，北京大学彭练矛院士和张志勇教授等人的研究组，在顶尖学术期刊《科学》（）上发表了一篇论文（），就是这个领域的重要成果。许多媒体报道，这有望为碳基半导体进入规模工业化奠定基础，也为我国芯片业弯道超车提供巨大潜力（）。
彭练矛与张志勇等人在的论文
我来向大家解读一下这项工作。
历史上，半导体材料的变迁其实已经发生过一次了，就是从锗（Ge）到硅（Si）。1947年，贝尔实验室的巴丁（John ，1908 - 1991）和布拉顿（ ，1902 - 1987）发明了晶体管，当时他们用的就是锗。在半导体产业的最初几年，大家用的都是锗。
世界上第一支晶体管与晶体管的三位发明人（左：巴丁，中：肖克利，右：布拉顿）
但有些人敏锐地看到，硅的前景比锗广阔得多。锗在地壳中的含量在百万分之一的量级，而且是地壳中最分散的元素之一，没有可供工业开采的矿石，只能从其他矿物的处理中回收。而硅占地壳质量的26.4%，随便抓一把沙子就是二氧化硅。锗难以提炼到很高的纯度，而提纯硅要容易得多。锗半导体的热稳定性也不如硅。
元素周期表，注意C、Si、Ge都在第四主族
所以到了六十年代，主流已经完全变成了硅，早期的锗晶体管、锗集成电路都进了博物馆。锗半导体并没有完全被淘汰，但只用在极少数地方，如高频大功率器件。
图左为基尔比与他的锗基集成电路，图右为诺伊斯与他的硅基集成电路
现在大家听到的28纳米、14纳米、7纳米之类的数据，指的就是在硅材料上一个晶体管的特征尺度。1纳米等于10的-9次方米，一根头发丝的直径就有几万纳米。在一根头发的宽度就能放下几千个晶体管，这是多么了不起的技术！
但是，当人们继续往下走，就快hold不住了。晶体管之间离得太近，就会漏电，导致无法使用，这是物理规律决定的。
怎么办呢？
一条路是修修补补，改变晶体管的构型之类，想尽一切办法给硅材料续命。
从平面场效应管到再到的演变
另一条路是从底层开始革命，把硅材料换掉。
以前既然可以从锗换成硅，现在当然也可以换成其他材料，用硅并不是天经地义的。换成什么呢？最有希望的选择之一就是碳纳米管（ ），还有一种值得考虑的是石墨烯（）。两者都是碳材料，所以统称碳基半导体。
学过初中化学的，都知道石墨的结构，它是由一层层的平面堆叠而成的。石墨的一个单层，就是石墨烯，其中每一个碳原子周围连着三个碳原子。石墨烯好比一张纸，石墨好比很多张纸摞起来。拿着一张纸，你还可以把它卷成一个管子，这就是碳纳米管，简称碳管。你看，这些碳材料的结构都很容易理解。
四种碳材料：石墨烯、石墨、碳纳米管与富勒烯
在原理上，碳纳米管跟硅相比，晶体管的功耗更小，效率更高，所以被公认为下一代集成电路的理想材料。但这只是理论上限，真要实现这样的潜力，有很多先决条件。
碳纳米管晶体管具有超越硅的潜力
首先，这些管子不能横七竖八躺一地，而是要顺着同一方向排列起来。一家人，最重要是齐齐整整！
一家人最要紧是齐齐整整
然后，管子的密度要足够高，稀稀拉拉排几根是没用的。要达到好的性能，需要在1微米里放下100至200根碳纳米管。
这两个条件都很容易理解，还有一个条件比较高端，就是要达到很高的半导体纯度。这话是什么意思呢？
我们需要注意到，把一张纸卷成一个管子，有很多种卷法。可以粗，也可以细。可以平着卷，也可以斜着卷。不同的卷法，得到的碳纳米管性质是不一样的。其中有些是半导体，有些是导体，或者说是金属。
碳纳米管的不同卷法
半导体是我们需要的，而导体是有害的。要达到好的性能，导体管子的比例要在百万分之一以下，也就是说半导体管子的比例要达到99.9999%，小数点后4个9。这就是所谓半导体纯度的要求。
论文图1，左边是碳纳米管晶体管的示意图，右边纵轴是金属性碳纳米管比例，横轴是碳纳米管密度，注意这项工作第一次落在了金属性碳纳米管比例小于百万分之一、碳纳米管密度在100至200根每微米的有用范围内
在此之前，顺排、高密度和高纯度这三个要求，没有能同时做到的。有些实验能实现高密度，但没有高纯度。有些实验是有了高纯度，而没有高密度。所以，碳纳米管晶体管的性能，总是比硅差至少一个量级。
在此之前，碳纳米管晶体管的性能总是比硅差至少一个量级
知道了这些背景，彭练矛和张志勇等人的新成果就容易理解了。他们提出了一种新的制备方法，第一次把这三个条件同时实现了。从而有史以来第一次，造出了性能超越硅的碳纳米管晶体管。
杂志对这项工作的介绍（）
如果你想了解细节，那么可以稍微解释一下。他们的制备方法是，先用多次的聚合物分散和提纯，得到超高纯度的碳管溶液，然后对这个溶液用维度限制自排列（- self-，简称DLSA）。最终在4英寸的基底上，制备出了密度在100至200根每微米范围内可调、半导体纯度高达99.9999%、直径在1.45±0.23纳米范围内的碳管阵列。经过实测，性能确实超过了相同尺寸的硅晶体管。
论文图2，顺排碳纳米管阵列的制备与表征
这是一个里程碑式的成就，正如北大官方的微信文章评论的（），将为碳基半导体进入规模工业化奠定基础。
不过，这种方法目前还不能工业化。他们必须用到一种叫做“离子液体栅极”（ionic gate）的部件，才能使碳纳米管晶体管的性能超过硅，而离子液体栅极目前是不能大规模制备的。所以，在工业化的路上还有许多障碍要克服。好消息在于，这些障碍越来越少了，而且第一次显露出了超越硅的曙光。
论文图4，使用离子液体栅极后，碳纳米管晶体管超越了硅
离子液体栅极不适合大规模集成
最后，有一点值得讨论的是，媒体在报道这项成就时，往往用“中国芯”这样的词，例如深科技的文章（）。
北大教授突破碳基半导体技术，在《科学》发表三篇论文！“中国芯”梦想更进一步
就连北大自己的宣传，都用这样的标题（）。
为“中国芯”弯道超车加速！北大研究团队突破碳基半导体制备瓶颈
这其实格局有点小了。大格局的看法是，这是全人类的重要进展。所谓中国芯的说法，听着似乎是别人已经有了，然后有人来填补国内空白，这就拉低了自己的层次。
《孔子家语》里有一个故事：楚王出游的时候，丢失了一张弓。左右要去找弓，楚王说：“不用了。楚王失弓，楚人得之，又何求之！”
《孔子家语》
你觉得楚王的胸怀很开阔吗？然而孔子听到，却说：“可惜楚王的胸怀不够大啊！为什么不说人失弓，人得之，就够了呢？何必一定要楚人呢？”
楚王失弓（）
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本文作者袁岚峰，中国科学技术大学化学博士，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心副研究员，科技与战略风云学会会长，“科技袁人”节目主讲人，安徽省科学技术协会常务委员，入选“典赞·2018科普中国”十大科学传播人物，微博@中科大胡不归，知乎@袁岚峰（）。来源：风云之声