京城,北京大学,纳米器件物理实验室。
这里是中国碳基电子学的“圣地”。
林远本来以为会看到高大上的无尘室,结果一进门,差点被地上的电缆绊倒。
屋里乱得像个杂货铺。到处是瓶瓶罐罐,还有像黑色棉絮一样的灰尘。
一个穿着灰色毛衣、头发花白的老教授,正拿着一把镊子,对着显微镜叹气。
他叫彭教授。中国搞碳基芯片的第一人。坚持了二十年,头发都熬白了。
“彭老,”林远恭敬地递上名片,“我是江南之芯的林远。”
彭教授瞥了一眼名片,随手放在一边。
“如果是来谈投资的,出门左转,找学校产业办。”
“如果是来催成果的,出门右转,慢走不送。”
“我是来帮您造芯片的。”林远说。
彭教授笑了,笑得很无奈。
“造芯片?年轻人,你知道我们在干什么吗?”
他指了指显微镜。
“我们在试图用铅笔芯石墨/碳来造电脑。”
“理论上,碳比硅跑得快,还凉快。”
“但是,”彭教授拿起一张照片,上面是一团乱糟糟的黑色线条。
“你看这是什么?”
“这是一团乱麻。”林远实话实说。
“对。这就是我们的原材料碳纳米管。”
“它们长出来的时候,就像一锅煮烂的面条,横七竖八,缠绕在一起。”
“我们要造芯片,就必须把这几亿根面条,一根根捋直了,排得整整齐齐。”
“只要有一根歪了,或者搭在别的线上,芯片就短路。”
“我们搞了二十年,也只能在实验室里,用镊子探针一根根拨。”
“你想量产?除非你雇一亿只猴子来帮我拨面条。”
“捋直了还不行。”彭教授继续泼冷水。
“这面条里,还有毒。”
“碳纳米管长出来的时候,有两种性格。”
“一种是半导体型,能做开关也就是晶体管,这是我们要的。”
“一种是金属型,就是纯导线,关不住电。”
“这两样东西,长得一模一样,混在一起。”
“比例大概是2:1。”
“也就是说,每三根面条里,就有一根是坏的。”
“如果这根坏面条混进了芯片里,电就会直接漏过去,开关就失效了。”
“芯片就变成了电热丝。”
“怎么分出来?”林远问。
“分不出来。”彭教授摊手,“它们化学性质几乎一样,物理大小也一样。”
“我们试过用离心机甩,试过用药水泡。能分出来一点,但纯度不够。”
“我们要的是99.9999%的纯度。”
“只要有万分之一的坏面条,几亿个晶体管的芯片就废了。”
死局。
乱,理不顺。
杂,分不清。
这就是为什么碳基芯片喊了这么多年,还在实验室里打转。
林远看着那团黑乎乎的东西。
“既然分不清……”
“那我们就弄死它。”
“弄死?”彭教授愣了,“怎么弄?”
“电烧。”
林远眼中闪过一丝狠厉。
“您刚才说,坏面条金属型是导电的,像电线。”
“好面条半导体型是做开关的,平时不导电。”
“那如果我们给这堆面条通上电呢?”
“而且是强电流!”
彭教授眼睛突然瞪大了。
“你的意思是……”
“对!”林远比划了一个“切”的手势。
“我们把这堆乱糟糟的面条,铺在晶圆上。”
“然后,把所有的开关好面条,都处于关闭状态加上栅压。”
“这时候,好面条是不导电的,电流过不去。”
“但是!坏面条金属型是关不住的!它依然导电!”
“所以,电流只会流过那些坏面条!”
“只要电流足够大……”
“砰!”
林远做了一个爆炸的手势。
“坏面条就会因为电流过大,发热,烧断!”
“就像保险丝熔断一样!”
“等所有的坏面条都烧断了,剩下的,不全是好的了吗?”
这就叫“火中取栗”。
或者叫“定向爆破”。
彭教授听得手都在抖。
“这……这理论上是可行的。这叫电学击穿法。”
“但是,你知道这有多难吗?”
“我们要烧掉几亿根管子!”
“而且,不能伤到旁边的好管子。”
“这需要极其精密的电压控制。”
“电压小了,烧不断。”
“电压大了,连好的一起烧了,或者把芯片基底给烧穿了。”
“我们实验室试过,烧出来的全是黑炭,没法用。”
“那是你们控制得不够准。”林远自信地说。
“我有启明芯片。”
“我有工业大脑。”
“我来帮您控火。”
三天后。
一套由江南之芯改装的测试台,搬进了北大实验室。
晶圆上铺满了杂乱的碳纳米管。
“连接探针台。”
几万根微米级的探针,扎在了晶圆的电极上。
“汪总,看你的了。”
“收到。”
汪韬的AI算法接入。
“开始扫描。”
系统先给晶圆加了一个微小的电压,测出了每一块区域的电阻。
“发现坏面条密集区。”
“锁定目标。”
“准备点火。”
“电压:5伏。脉冲时间:1微秒。”
“滋”
虽然肉眼看不见,但在显微镜下,一场壮观的“雷暴”正在发生。
那些混在好管子中间的“坏管子”,因为电阻小,瞬间通过了巨大的电流。
它们发红、发热,然后
“啪!”
在微观世界里,它们像鞭炮一样炸断了,化作一缕青烟碳原子气化。
而旁边的“好管子”,因为处于关闭状态,没有电流通过,安然无恙。
“继续!加大力度!”
AI像一个不知疲倦的狙击手,在一块晶圆上,进行了数亿次的微型爆破。
一小时后。
晶圆变得“干净”了。
再次测试导电性。
“开关比on/off Ratio:10的6次方!”
彭教授看着数据,惊呼出声。
“纯了!真的纯了!”
“这是99.9999%的半导体纯度!”
第一只拦路虎,被电死了。
坏的剔除了,剩下的都是好的。
但是,它们还是乱的。
像一堆乱草一样铺在晶圆上,性能大打折扣。
要想做高性能芯片,这些管子必须排队。
整整齐齐,方向一致,间距相等。
“怎么排?”彭教授又发愁了,“这东西太轻了,风一吹就跑。用镊子夹?夹不住。”
林远看着那些乱草。
“既然它们轻……”
“那我们就让它们飘起来。”
“然后,顺着水流流成一条线。”
“流体组装。”
林远想起了在江钢做水处理的经验。
“我们造一个水槽。”
“把碳纳米管,放在水面上漂着。”
“然后,把晶圆,慢慢地从水里提起来。”
“利用水的表面张力,和重力。”
“当水流往下流的时候,它会带着碳纳米管,顺着水流的方向,自动拉直!”
“就像放排。”
木头在河里乱漂是横七竖八的,但只要水流够快,木头就会自动顺着水流方向排成一列。
“这需要极高的稳定性。”彭教授提醒,“水面不能有一点波纹。”
“没问题。”
林远想起了那个“悬浮实验台”。
“我们有最好的减震系统。”
“而且,”林远补充道,“我们还可以加点料。”
“在水里,加一种特殊的表面活性剂类似洗洁精。”
“让碳纳米管之间,保持距离,不打架。”
pFL实验室。
一台全封闭的“提拉机”正在工作。
水面平静如镜。
黑色的碳纳米管溶液,漂浮在水面上。
一只机械手,夹着一片晶圆,以每分钟1毫米的速度,极其缓慢地从水里提起来。
所有人都屏住呼吸。
显微镜实时监控。
只见在水面和晶圆的交界处三相接触线。
那些原本杂乱无章的碳管,在表面张力的作用下,像听话的士兵一样,一根根转过身来,头朝上,脚朝下。
紧紧地贴在晶圆表面。
笔直。
平行。
致密。
当整片晶圆提出来的时候。
它表面覆盖了一层淡淡的黑色薄膜。
在显微镜下看,那是一片完美的阵列。
就像是织布机织出来的黑色丝绸。
每微米宽度里,整齐地排列着200根碳纳米管。
“完美……”
彭教授看着这幅画面,感觉像是在看艺术品。
“这就是阵列碳管。”
“有了这个,我们就能造出比硅芯片快十倍的晶体管!”
技术通了。
但是,林远并不轻松。
因为这套工艺,虽然先进,但太慢,太贵。
“烧荒”要烧几个小时。
“提拉”要提一天。
这一片晶圆的成本,是硅晶圆的一百倍。
“老板,这玩意儿做cpU行,做手机芯片……太奢侈了吧?”顾盼算账算得心疼。
“初期肯定贵。”林远说。
“但是,只要性能足够强,就有人买单。”
“我们先不卖给手机厂。”
“我们卖给超算。”
“卖给那些需要极致算力,不在乎钱的客户。”
“比如气象局,核能所,还有……军方。”
林远拿起那片黑色的晶圆。
这就是未来的“碳基之心”。
但是,就在这时。
一个意想不到的麻烦来了。
“老板,”王海冰急匆匆跑进来,“坏消息。”
“我们的封装出问题了。”
“封装?”林远一愣,“我们不是有雷神和海丝胶吗?”
“那些是给光子芯片用的。碳基芯片不一样。”
“碳基芯片太薄了,太脆了。而且它不耐高温虽然比硅好点,但金属接触点怕热。”
“最要命的是它跟金属不亲。”
“我们做出来的电极金属触点,粘在碳管上,接触电阻特别大。”
“电通不过去,或者一通电就发热烧毁。”
“这叫接触势垒。”
“如果不解决这个问题,芯片就是个发热的暖宝宝,根本跑不快。”
林远皱眉。
解决了材料,解决了排列,却卡在了“接线”上。
就像你造了个法拉利引擎,结果油管接不上。
“金属不亲碳……”
林远看着元素周期表。
“那就找一种既像金属,又像碳的东西。”
“做个中间人。”
“什么东西?”
“石墨烯?”王海冰问。
“不,石墨烯是平的,不好接。”
林远目光下移。
“用碳化钛tic。”
“或者是钼mo。”
“我们要搞一种端部接触工艺。把金属,焊进碳管的端头里!”
“这不是物理接触。这是化学键合!走,回江钢。找孙大炮,我们又要炼金了。”