京城,北京大學,納米器件物理實驗室。
這裏是中國碳基電子學的“聖地”。
林遠本來以為會看到高大上的無塵室,結果一進門,差點被地上的電纜絆倒。
屋裏亂得像個雜貨鋪。到處是瓶瓶罐罐,還有像黑色棉絮一樣的灰塵。
一個穿著灰色毛衣、頭髮花白的老教授,正拿著一把鑷子,對著顯微鏡嘆氣。
他叫彭教授。中國搞碳基晶片的第一人。堅持了二十年,頭髮都熬白了。
“彭老,”林遠恭敬地遞上名片,“我是江南之芯的林遠。”
彭教授瞥了一眼名片,隨手放在一邊。
“如果是來談投資的,出門左轉,找學校產業辦。”
“如果是來催成果的,出門右轉,慢走不送。”
“我是來幫您造晶片的。”林遠說。
彭教授笑了,笑得很無奈。
“造晶片?年輕人,你知道我們在幹什麼嗎?”
他指了指顯微鏡。
“我們在試圖用鉛筆芯石墨/碳來造電腦。”
“理論上,碳比矽跑得快,還涼快。”
“但是,”彭教授拿起一張照片,上麵是一團亂糟糟的黑色線條。
“你看這是什麼?”
“這是一團亂麻。”林遠實話實說。
“對。這就是我們的原材料碳納米管。”
“它們長出來的時候,就像一鍋煮爛的麵條,橫七豎八,纏繞在一起。”
“我們要造晶片,就必須把這幾億根麵條,一根根捋直了,排得整整齊齊。”
“隻要有一根歪了,或者搭在別的線上,晶片就短路。”
“我們搞了二十年,也隻能在實驗室裡,用鑷子探針一根根撥。”
“你想量產?除非你雇一億隻猴子來幫我撥麵條。”
“捋直了還不行。”彭教授繼續潑冷水。
“這麵條裡,還有毒。”
“碳納米管長出來的時候,有兩種性格。”
“一種是半導體型,能做開關也就是電晶體,這是我們要的。”
“一種是金屬型,就是純導線,關不住電。”
“這兩樣東西,長得一模一樣,混在一起。”
“比例大概是2:1。”
“也就是說,每三根麵條裡,就有一根是壞的。”
“如果這根壞麵條混進了晶片裡,電就會直接漏過去,開關就失效了。”
“晶片就變成了電熱絲。”
“怎麼分出來?”林遠問。
“分不出來。”彭教授攤手,“它們化學性質幾乎一樣,物理大小也一樣。”
“我們試過用離心機甩,試過用藥水泡。能分出來一點,但純度不夠。”
“我們要的是99.9999%的純度。”
“隻要有萬分之一的壞麵條,幾億個電晶體的晶片就廢了。”
死局。
亂,理不順。
雜,分不清。
這就是為什麼碳基晶片喊了這麼多年,還在實驗室裡打轉。
林遠看著那團黑乎乎的東西。
“既然分不清……”
“那我們就弄死它。”
“弄死?”彭教授愣了,“怎麼弄?”
“電燒。”
林遠眼中閃過一絲狠厲。
“您剛才說,壞麵條金屬型是導電的,像電線。”
“好麵條半導體型是做開關的,平時不導電。”
“那如果我們給這堆麵條通上電呢?”
“而且是強電流!”
彭教授眼睛突然瞪大了。
“你的意思是……”
“對!”林遠比劃了一個“切”的手勢。
“我們把這堆亂糟糟的麵條,鋪在晶圓上。”
“然後,把所有的開關好麵條,都處於關閉狀態加上柵壓。”
“這時候,好麵條是不導電的,電流過不去。”
“但是!壞麵條金屬型是關不住的!它依然導電!”
“所以,電流隻會流過那些壞麵條!”
“隻要電流足夠大……”
“砰!”
林遠做了一個爆炸的手勢。
“壞麵條就會因為電流過大,發熱,燒斷!”
“就像保險絲熔斷一樣!”
“等所有的壞麵條都燒斷了,剩下的,不全是好的了嗎?”
這就叫“火中取栗”。
或者叫“定向爆破”。
彭教授聽得手都在抖。
“這……這理論上是可行的。這叫電學擊穿法。”
“但是,你知道這有多難嗎?”
“我們要燒掉幾億根管子!”
“而且,不能傷到旁邊的好管子。”
“這需要極其精密的電壓控製。”
“電壓小了,燒不斷。”
“電壓大了,連好的一起燒了,或者把晶片基底給燒穿了。”
“我們實驗室試過,燒出來的全是黑炭,沒法用。”
“那是你們控製得不夠準。”林遠自信地說。
“我有啟明晶片。”
“我有工業大腦。”
“我來幫您控火。”
三天後。
一套由江南之芯改裝的測試台,搬進了北大實驗室。
晶圓上鋪滿了雜亂的碳納米管。
“連線探針台。”
幾萬根微米級的探針,紮在了晶圓的電極上。
“汪總,看你的了。”
“收到。”
汪韜的AI演演算法接入。
“開始掃描。”
係統先給晶圓加了一個微小的電壓,測出了每一塊區域的電阻。
“發現壞麵條密集區。”
“鎖定目標。”
“準備點火。”
“電壓:5伏。脈衝時間:1微秒。”
“滋”
雖然肉眼看不見,但在顯微鏡下,一場壯觀的“雷暴”正在發生。
那些混在好管子中間的“壞管子”,因為電阻小,瞬間通過了巨大的電流。
它們發紅、發熱,然後
“啪!”
在微觀世界裏,它們像鞭炮一樣炸斷了,化作一縷青煙碳原子氣化。
而旁邊的“好管子”,因為處於關閉狀態,沒有電流通過,安然無恙。
“繼續!加大力度!”
AI像一個不知疲倦的狙擊手,在一塊晶圓上,進行了數億次的微型爆破。
一小時後。
晶圓變得“乾淨”了。
再次測試導電性。
“開關比On/OffRatio:10的6次方!”
彭教授看著資料,驚撥出聲。
“純了!真的純了!”
“這是99.9999%的半導體純度!”
第一隻攔路虎,被電死了。
壞的剔除了,剩下的都是好的。
但是,它們還是亂的。
像一堆亂草一樣鋪在晶圓上,效能大打折扣。
要想做高效能晶片,這些管子必須排隊。
整整齊齊,方向一致,間距相等。
“怎麼排?”彭教授又發愁了,“這東西太輕了,風一吹就跑。用鑷子夾?夾不住。”
林遠看著那些亂草。
“既然它們輕……”
“那我們就讓它們飄起來。”
“然後,順著水流流成一條線。”
“流體組裝。”
林遠想起了在江鋼做水處理的經驗。
“我們造一個水槽。”
“把碳納米管,放在水麵上漂著。”
“然後,把晶圓,慢慢地從水裏提起來。”
“利用水的表麵張力,和重力。”
“當水流往下流的時候,它會帶著碳納米管,順著水流的方向,自動拉直!”
“就像放排。”
木頭在河裏亂漂是橫七豎八的,但隻要水流夠快,木頭就會自動順著水流方向排成一列。
“這需要極高的穩定性。”彭教授提醒,“水麵不能有一點波紋。”
“沒問題。”
林遠想起了那個“懸浮實驗台”。
“我們有最好的減震係統。”
“而且,”林遠補充道,“我們還可以加點料。”
“在水裏,加一種特殊的表麵活性劑類似洗潔精。”
“讓碳納米管之間,保持距離,不打架。”
PFL實驗室。
一台全封閉的“提拉機”正在工作。
水麵平靜如鏡。
黑色的碳納米管溶液,漂浮在水麵上。
一隻機械手,夾著一片晶圓,以每分鐘1毫米的速度,極其緩慢地從水裏提起來。
所有人都屏住呼吸。
顯微鏡實時監控。
隻見在水麵和晶圓的交界處三相接觸線。
那些原本雜亂無章的碳管,在表麵張力的作用下,像聽話的士兵一樣,一根根轉過身來,頭朝上,腳朝下。
緊緊地貼在晶圓表麵。
筆直。
平行。
緻密。
當整片晶圓提出來的時候。
它表麵覆蓋了一層淡淡的黑色薄膜。
在顯微鏡下看,那是一片完美的陣列。
就像是織布機織出來的黑色絲綢。
每微米寬度裡,整齊地排列著200根碳納米管。
“完美……”
彭教授看著這幅畫麵,感覺像是在看藝術品。
“這就是陣列碳管。”
“有了這個,我們就能造出比矽晶片快十倍的電晶體!”
技術通了。
但是,林遠並不輕鬆。
因為這套工藝,雖然先進,但太慢,太貴。
“燒荒”要燒幾個小時。
“提拉”要提一天。
這一片晶圓的成本,是矽晶圓的一百倍。
“老闆,這玩意兒做CPU行,做手機晶片……太奢侈了吧?”顧盼算賬算得心疼。
“初期肯定貴。”林遠說。
“但是,隻要效能足夠強,就有人買單。”
“我們先不賣給手機廠。”
“我們賣給超算。”
“賣給那些需要極致算力,不在乎錢的客戶。”
“比如氣象局,核能所,還有……軍方。”
林遠拿起那片黑色的晶圓。
這就是未來的“碳基之心”。
但是,就在這時。
一個意想不到的麻煩來了。
“老闆,”王海冰急匆匆跑進來,“壞訊息。”
“我們的封裝出問題了。”
“封裝?”林遠一愣,“我們不是有雷神和海絲膠嗎?”
“那些是給光子晶片用的。碳基晶片不一樣。”
“碳基晶片太薄了,太脆了。而且它不耐高溫雖然比矽好點,但金屬接觸點怕熱。”
“最要命的是它跟金屬不親。”
“我們做出來的電極金屬觸點,粘在碳管上,接觸電阻特別大。”
“電通不過去,或者一通電就發熱燒毀。”
“這叫接觸勢壘。”
“如果不解決這個問題,晶片就是個發熱的暖寶寶,根本跑不快。”
林遠皺眉。
解決了材料,解決了排列,卻卡在了“接線”上。
就像你造了個法拉利引擎,結果油管接不上。
“金屬不親碳……”
林遠看著元素週期表。
“那就找一種既像金屬,又像碳的東西。”
“做個中間人。”
“什麼東西?”
“石墨烯?”王海冰問。
“不,石墨烯是平的,不好接。”
林遠目光下移。
“用碳化鈦TiC。”
“或者是鉬Mo。”
“我們要搞一種端部接觸工藝。把金屬,焊進碳管的端頭裏!”
“這不是物理接觸。這是化學鍵合!走,回江鋼。找孫大炮,我們又要煉金了。”
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