全球碳基電子技術(shù)發(fā)展態(tài)勢分析*

王立娜 唐 川 徐 婧

（1.中國科學(xué)院成都文獻情報中心，成都610041；2.中國科學(xué)院大學(xué)經(jīng)濟與管理學(xué)院圖書情報與檔案管理系，北京100049）

半導(dǎo)體集成電路是現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的基石。但是，原子尺度硅材料的基本物理限制使得由摩爾定律驅(qū)動的硅技術(shù)演進路徑似乎正快速接近終點［1］。隨著摩爾定律走向終結(jié)，人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、超級計算及其相關(guān)應(yīng)用卻提出了更高的性能要求，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)步入亟需轉(zhuǎn)變突破發(fā)展的關(guān)鍵點［2］。研究硅基材料的替代材料，開發(fā)新型電子器件是解決當(dāng)前芯片發(fā)展瓶頸的一種重要解決方法。憑借尺寸小、速度快、功耗低、工藝簡單等優(yōu)勢，碳基電子技術(shù)成為硅基電子技術(shù)的重要補充者之一。在工藝技術(shù)高度成熟前，碳基芯片可以作為硅基芯片的補充，增強硅基芯片的性能，應(yīng)用于一些特殊場景［3］。例如，碳基芯片可以柔性、透明等新形態(tài)呈現(xiàn)，在顯示、醫(yī)療和健康監(jiān)控、抗輻射等特殊環(huán)境以及近紅外成像等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

1 國內(nèi)外碳基電子技術(shù)戰(zhàn)略部署格局

1.1 美國：多角度布局碳基電子技術(shù)

美國非常重視碳基電子技術(shù)的研究工作，國家科學(xué)基金會（National Science Foundation，NSF）、國防部高級研究計劃局（Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA）和陸軍研究辦公室、能源部（Department of Energy，DOE）等國家項目資助機構(gòu)均大力支持碳基電子技術(shù)的發(fā)展。美國較早開始探索石墨烯電子技術(shù)，2008年DARPA就資助2200萬美元探索碳電子射頻技術(shù)研究，開發(fā)超高速和超低功耗的石墨烯基射頻電路。NSF設(shè)立了眾多碳基電子基礎(chǔ)研究項目，涵蓋了碳基電子研究和應(yīng)用的各個領(lǐng)域。美國在全球石墨烯產(chǎn)業(yè)綜合實力排名中居領(lǐng)先地位，所取得的諸多基礎(chǔ)性研究成果被廣泛引用。

NSF開展了多項有關(guān)石墨烯、碳納米管、碳化硅的碳基電子技術(shù)研發(fā)項目，大多數(shù)資助額度介于10～50萬美元之間，主要涵蓋石墨烯電子器件、石墨烯電路、石墨烯傳感器、石墨烯在量子開關(guān)等量子技術(shù)中的應(yīng)用、碳納米管太陽能電池、碳納米管光電子器件、碳納米管射頻電子器件、碳納米管傳感器、碳納米管電路、碳納米管的量子納米光子學(xué)、碳化硅高溫集成電路、碳化硅晶體管等光電子器件、碳化硅在量子技術(shù)中的應(yīng)用等研究主題，如表1所示。

表1 NSF資助的主要碳基電子技術(shù)項目列表Tab.1 Carbon-based Electronics Projects Funded by NSF

為解決摩爾定律延續(xù)面臨的挑戰(zhàn)，DARPA重金打造了一項具有國家戰(zhàn)略意義的計劃，2017年6月宣布旨在開啟下一次電子革命的“電子復(fù)興計劃”［2］，計劃五年內(nèi)投入15億美元，圍繞新材料、新體系結(jié)構(gòu)、軟硬件設(shè)計三大重點研究領(lǐng)域開展技術(shù)攻關(guān)。例如，麻省理工學(xué)院研究人員獲資6100萬美元開展“三維單芯片系統(tǒng)”研究，旨在利用石墨烯制作碳納米晶體管，研制出3D芯片［4］。

此外，DARPA還資助開發(fā)射頻與毫米波晶體管和石墨烯紅外探測器等碳基電子技術(shù)研究工作，陸軍研究實驗室積極探索高功率碳化硅功率半導(dǎo)體封裝技術(shù)和超高壓碳化硅電力電子芯片。美國能源部先進能源研究計劃署宣布投資3000萬美元開展“利用獨創(chuàng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和半導(dǎo)體材料制造創(chuàng)新可靠電路”項目研究［5］，利用碳化硅氮化鎵寬禁帶半導(dǎo)體材料開發(fā)新型高效、輕量化、可靠的電力電子變換器，結(jié)合全新的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、數(shù)字化控制技術(shù)、熱管理、半導(dǎo)體封裝技術(shù)提高各類半導(dǎo)體電子器件的性能，降低能耗，為交通、信息、電力等行業(yè)帶來變革性影響。

1.2 歐盟：全力落實石墨烯旗艦計劃

作為石墨烯的誕生地，歐洲十分注重在此領(lǐng)域的戰(zhàn)略布局。早在2013年1月，歐盟委員會就計劃把“石墨烯旗艦計劃”列為首批“未來新興技術(shù)旗艦項目”之一，擬在10年內(nèi)投資10億歐元開展石墨烯和相關(guān)二維材料技術(shù)基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究，促進產(chǎn)業(yè)革命和經(jīng)濟增長，創(chuàng)造更多就業(yè)機會?！笆┢炫炗媱潯庇?013年10月正式啟動，先后經(jīng)歷了三個發(fā)展階段，于2020年4月1日起步入第四個發(fā)展階段，各階段的起止時間、投資額度、研發(fā)目標(biāo)、主要研究機構(gòu)如表2所示。

表2 石墨烯旗艦計劃各階段的發(fā)展目標(biāo)Tab.2 Development Goals for Each Phase of the Graphene Flagship

石墨烯旗艦計劃由6大部門共同分擔(dān)及實施石墨烯全鏈條科研及產(chǎn)業(yè)化工作，包含合作協(xié)調(diào)部門1個、管理服務(wù)部門1個、科研應(yīng)用部門4個［10］。其中，四大科研部門分別為基礎(chǔ)材料與理論研究部，健康、醫(yī)療及傳感器部，電子設(shè)備及光電子部，能源、復(fù)合材料及應(yīng)用部。同時，石墨烯旗艦計劃下設(shè)19個工作組，3個基礎(chǔ)工作組負(fù)責(zé)理論研究、自旋電子、材料制備等研究方向，12個應(yīng)用工作組負(fù)責(zé)材料應(yīng)用、復(fù)合材料、泡沫材料及涂料、儲能、能源、規(guī)?；A制備、柔性電子、光電子、電子設(shè)備、傳感器、生物醫(yī)藥、健康及環(huán)境等研究方向，4個工作組負(fù)責(zé)管理、宣傳、創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)服務(wù)工作。

1.3 英國：校企聯(lián)合推動石墨烯商業(yè)化應(yīng)用

英國于2011年將石墨烯確定為重點發(fā)展的四項新興技術(shù)之一，2013年又聯(lián)合歐洲研究與發(fā)展基金會投資6100萬英鎊，于曼徹斯特大學(xué)創(chuàng)立國家石墨烯研究院，旨在為學(xué)術(shù)界和企業(yè)界提供協(xié)同研發(fā)平臺，推動石墨烯技術(shù)的早期開發(fā)和商業(yè)化進程。2014年，英國工程和自然科學(xué)研究理事會（Engineering and Physical Sciences Research Council，EPSRC）與技術(shù)戰(zhàn)略委員會，于曼徹斯特大學(xué)創(chuàng)立了石墨烯工程創(chuàng)新中心。該中心將進一步推動石墨烯電子技術(shù)的應(yīng)用研究和開發(fā)，維持英國在相關(guān)方面的世界領(lǐng)先地位。目前，曼徹斯特大學(xué)已與全球數(shù)十家企業(yè)合作開展研究，將實驗室石墨烯科學(xué)研究成果轉(zhuǎn)化成商業(yè)化產(chǎn)品。

作為國家科技創(chuàng)新戰(zhàn)略政策的重要落實機構(gòu)，EPSRC推出了一系列碳基電子技術(shù)研究行動，如表3所示。

表3 EPSRC資助的碳基電子項目Tab.3 Carbon-based Electronics Projects Funded by EPSRC

1.4 日本：側(cè)重碳基電子技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)研究

日本政府也非常重視碳基電子技術(shù)的發(fā)展，文部科學(xué)省和經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省積極支持碳基電子技術(shù)研發(fā)，鼓勵學(xué)術(shù)界和企業(yè)界從事相關(guān)研究工作，大力推動碳基電子技術(shù)商業(yè)化應(yīng)用。早在2007年，文部科學(xué)省下屬的日本科學(xué)技術(shù)振興機構(gòu)就資助石墨烯材料和器件技術(shù)研究，旨在基于硅基石墨烯工藝技術(shù)，研制超高速大規(guī)模集成器件、先進開關(guān)器件、等離子共振器等［11］。日本科學(xué)技術(shù)振興機構(gòu)和產(chǎn)業(yè)綜合技術(shù)研究所還資助開展絕緣體基板表面石墨烯吸附機理研究。2011年，日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省資助開展“低碳社會實現(xiàn)之超輕、高輕度創(chuàng)新融合材料”研究，計劃投資9億日元探索碳納米管和石墨烯材料的批量合成技術(shù)。此外，日本日立、索尼、東芝等公司也投入了大量資源推動石墨烯的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用開發(fā)。

在碳化硅電力電子技術(shù)方面，2008年“日本新一代節(jié)能器件技術(shù)戰(zhàn)略與發(fā)展規(guī)劃”提出將采用碳化硅等寬禁帶半導(dǎo)體器件進一步降低功率器件的功耗。2010年，日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省資助“下一代電力電子研發(fā)計劃”，主要開展碳化硅服務(wù)器電源供給、光伏功率調(diào)解器系統(tǒng)、高溫模塊等研究；日本學(xué)術(shù)振興會開展“面向于低碳社會的碳化硅新型電力電子器件研發(fā)計劃”項目，主要研究高壓碳化硅絕緣柵雙極型晶體管。2014年，新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機構(gòu)開展“下一代碳化硅研發(fā)計劃”，主要研究下一代碳化硅襯底、器件、模塊；“國家硬電子計劃”將碳化硅襯底的制備與器件外延作為了重點研究課題投以巨資進行支持。

1.5 中國：列入中國制造2025重點發(fā)展領(lǐng)域

為把握當(dāng)前全球制造業(yè)格局重大調(diào)整的歷史機遇，我國于2015年5月發(fā)布了《中國制造2025》戰(zhàn)略。國家制造強國建設(shè)戰(zhàn)略委員會于2015年9月發(fā)布了《＜中國制造2025＞重點領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新綠皮書—技術(shù)路線圖》，進一步明確了未來十大重點領(lǐng)域發(fā)展趨勢和重點，服務(wù)企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新，2017年6月又在總結(jié)技術(shù)路線圖實施情況的基礎(chǔ)上更新發(fā)布了《＜中國制造2025＞重點領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新綠皮書—技術(shù)路線圖（2017年版）》。新材料是此技術(shù)路線圖的一大重點研究領(lǐng)域，先進半導(dǎo)體材料和石墨烯材料均被列為重點發(fā)展方向，如表2所示［12］。此外，2016年7月，國務(wù)院印發(fā)《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》，指出以石墨烯、高端碳纖維為代表的先進碳材料、超導(dǎo)材料等前沿新材料為突破口，搶占材料前沿制高點［13］。此外，工信部、科技部和發(fā)改委聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)鍵材料升級換代工程實施方案》，明確提出支持石墨烯批量穩(wěn)定生產(chǎn)和規(guī)模應(yīng)用［14］；工信部印發(fā)了《加快石墨烯產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的若干意見》。習(xí)近平主席在參觀英國國家石墨烯研究院時指出：“中英兩國在石墨烯研究領(lǐng)域完全可以實現(xiàn)強強聯(lián)合”。此外，國家重點研發(fā)計劃積極部署了一系列的碳基電子技術(shù)研發(fā)項目，如表4所示。

表4 國家重點研發(fā)計劃部署的碳基電子技術(shù)研發(fā)項目Tab.4 Carbon-based Electronics Projects Funded by National Key R＆D Program of China

我國國家自然科學(xué)基金委員于2020年5月發(fā)布“后摩爾時代新器件基礎(chǔ)研究”重大研究計劃項目指南，重點發(fā)展新材料與低功耗器件、新材料與高性能器件、超低功耗新原理信息器件等后摩爾時代新器件和計算架構(gòu)，突破芯片算力瓶頸，促進我國芯片研究水平的提升，支撐我國在芯片領(lǐng)域的發(fā)展與創(chuàng)新。碳基電子技術(shù)是后摩爾時代新器件的重點研究方向之一。

2 碳基電子技術(shù)研究現(xiàn)狀與趨勢

2.1 石墨烯微納電子器件研究精彩紛呈

20世紀(jì)80年代后期，人們越來越關(guān)注使用碳基材料作為器件中的有源電子材料以及諸多的無源應(yīng)用。2004年英國曼徹斯特大學(xué)的物理學(xué)家安德烈海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，在實驗室成功地從石墨中剝離出了石墨烯，證明了石墨烯可以單獨存在，以“在二維石墨烯材料的開創(chuàng)性實驗”榮獲2010年諾貝爾物理學(xué)獎，從而掀起了石墨烯制備、改性和應(yīng)用的全球研究熱潮。

由于石墨烯具有非常優(yōu)異的電學(xué)、力學(xué)、光學(xué)和熱學(xué)等特性，結(jié)合石墨烯和微納加工工藝可實現(xiàn)各種類型和功能的器件，現(xiàn)已開發(fā)出基于石墨烯的晶體管、二極管、存儲器、集成電路、電池、超級電容器、熱電器件、太陽能電池、光電探測器、傳感器等電子和光電子器件［15］。例如，美國斯坦福大學(xué)和麻省理工學(xué)院于2017年7月通過使用二維石墨烯卷成圓柱體形成的碳納米管將隨機存取存儲器集成到中央處理器中，開發(fā)了一種三維計算機芯片，能夠運行程序和簡單的多任務(wù)操作系統(tǒng)，執(zhí)行MIPS指令，克服了邏輯電路和存儲器之間通信的瓶頸問題。中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院于2013年制備出7英寸的柔性石墨烯觸摸屏；金屬研究所于2019年10月制備出“硅-石墨烯-鍺晶體管”，可大幅縮短延遲時間，并將截止頻率由兆赫茲提升至吉赫茲。華為在Mate 20系列手機上首次采用石墨烯散熱，其等效導(dǎo)熱能力是純銅膜的2.8倍；榮耀Note 20手機采用石墨烯電池，16分鐘就能充滿電。

歐盟石墨烯旗艦計劃支持制定的新版《石墨烯技術(shù)和創(chuàng)新路線圖》給出了石墨烯面向2030年及以后的主要領(lǐng)域應(yīng)用目標(biāo)，如表5所示［16］。在電子技術(shù)領(lǐng)域，石墨烯將在2022年及以前用于制造低成本印刷電子產(chǎn)品，2023—2029年間將主要用于制造高頻電子器件和柔性電子器件，2030年后將用于開發(fā)自旋邏輯器件。在數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域，石墨烯將在2022年及以前用于先進光通信技術(shù)，2023—2029年間將主要用于先進網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，2030年后將用于6G及更高級無線網(wǎng)絡(luò)和片上光數(shù)據(jù)產(chǎn)品。在能源領(lǐng)域，石墨烯將在2022年及以前用于快速充電電池和先進光伏產(chǎn)品，2023—2029年間將主要用于制造柔性鈣鈦礦太陽能電池和倉儲物流用超級電容，2030年后將用于開發(fā)鈣鈦礦多結(jié)光伏器件和交通用燃料電池?？傮w來說，盡管這些應(yīng)用目標(biāo)并不一定能夠如期實現(xiàn)，但指明了石墨烯電子技術(shù)的預(yù)期發(fā)展方向。

表5 面向2030年及以后的石墨烯主要應(yīng)用領(lǐng)域Tab.5 Key Graphene Applications for 2030 and beyond

歐盟2015年發(fā)布的《石墨烯科學(xué)和技術(shù)路線圖》指出了石墨烯電子器件和光子器件的預(yù)期應(yīng)用時間表，如圖1和圖2所示［17］。在石墨烯電子器件方面，2015—2020年間主要是基于中等質(zhì)量的石墨烯材料，開發(fā)觸摸屏、可卷曲的電子紙、可折疊的有機發(fā)光二極管產(chǎn)品；從2020年開始，高質(zhì)量石墨烯將逐漸發(fā)展，開始用于制造射頻晶體管、邏輯晶體管／薄膜晶體管、其他未來電子器件等產(chǎn)品。在石墨烯光電子器件方面，2020年后石墨烯光電探測器、鎖模半導(dǎo)體激光器、調(diào)制器、偏振控制器、固態(tài)鎖模激光器、無線電收發(fā)器、可調(diào)光纖鎖模激光器、太赫茲波探測器將逐漸步入應(yīng)用階段，石墨烯隔離器和太赫茲發(fā)生器將于2025年后步入應(yīng)用階段?？傮w來說，盡管這些預(yù)期應(yīng)用目標(biāo)并沒有全部如期實現(xiàn)，但指明了石墨烯電子器件和光子器件的預(yù)期發(fā)展方向。

圖1 石墨烯電子器件的預(yù)期應(yīng)用時間表Fig.1 Timeline of Expected Applications of Graphene Electronics Devices

圖2 石墨烯光電子器件的預(yù)期應(yīng)用時間表Fig.2 Timeline of Expected Applications of Graphene Optoelectronic Devices

2.2 碳納米管電子技術(shù)逐漸從基礎(chǔ)研究轉(zhuǎn)向?qū)嶋H應(yīng)用

碳納米管具有獨特的電學(xué)、力學(xué)和光學(xué)特性，尤其是高遷移率、納米尺寸、柔性、通透性和生物可兼容性等與傳統(tǒng)硅基材料和其他納米材料相比獨一無二的特性，能夠滿足未來信息產(chǎn)業(yè)對高性能、低功耗和各種功能化的需求，是電子器件應(yīng)用的理想材料。自1991年被首次觀測以來，碳納米管一直受到學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的持續(xù)關(guān)注，碳納米管電子器件和集成電路的研究也不斷深入。近年來，基于碳納米管的碳基電子學(xué)研究取得了飛速發(fā)展，并逐漸從基礎(chǔ)研究轉(zhuǎn)向?qū)嶋H應(yīng)用［18］。得益于材料自身的優(yōu)良性質(zhì)和世界范圍的政策和資金支持，研發(fā)人員在碳納米管的器件物理、器件制備、集成方法等方面都取得了相當(dāng)?shù)某删?。研究進展表明碳基電子學(xué)器件相比傳統(tǒng)硅基器件具有5～10倍的速度和能耗優(yōu)勢，可以實現(xiàn)5納米以下的半導(dǎo)體技術(shù)節(jié)點，滿足2020年之后新型半導(dǎo)體芯片的發(fā)展需求。研發(fā)人員已經(jīng)實現(xiàn)了具有各種功能的基礎(chǔ)邏輯單元，原則上就可以利用這些邏輯單元制備出具有極高復(fù)雜程度的碳基集成電路。

近年來，碳納米管電子技術(shù)取得了令人矚目的研究進展。2013年，美國麻省理工學(xué)院開發(fā)了由178個晶體管組成的只能執(zhí)行簡單指令的碳納米管計算機［19］。2017年，IBM研究人員使用鉬金屬來直接接駁碳納米管端部，最終將整個晶體管的接腳面積壓縮到了40平方納米，打造出世界最小晶體管。2019年8月美國麻省理工學(xué)院和半導(dǎo)體企業(yè)亞德諾的研究人員利用1.4萬余個碳納米管晶體管制造出一顆16位微處理器［20］，證明可以全部利用碳納米管場效應(yīng)晶體管制造性能更高的微處理器，有望為先進硅基微電子器件帶來一種高效能的替代品。這標(biāo)志著碳納米管互補金屬氧化物半導(dǎo)體（Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS）技術(shù)正在快速走向成熟，走向應(yīng)用這個事實。

我國北京大學(xué)彭練矛教授團隊發(fā)展了基于碳納米管的高性能、低功耗CMOS晶體管和集成電路技術(shù)，有望在性能和功耗上全面超越現(xiàn)有硅基技術(shù)。該研究團隊于2017年首次開發(fā)了5納米柵長的碳納米管CMOS晶體管，首次實現(xiàn)中等規(guī)模的高性能碳基CMOS集成電路；2018年制備出速度達5.54 GHz的碳基集成電路；2020年制備出直徑分布1.45±0.23納米、半導(dǎo)體純度超過99.9999%、密度高達120／微米的碳納米管平行陣列，并基于這些碳納米管研制出性能超越同等柵長硅基CMOS技術(shù)的晶體管和集成電路［21］，突破了純度、密度順排和面積等在碳納米管材料制備上長期無法攻克的瓶頸，首次在實驗上證明了碳納米管電子器件和集成電路相對于傳統(tǒng)硅基電子技術(shù)的性能優(yōu)勢，為碳基電子技術(shù)的實用化和規(guī)模工業(yè)化發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

2.3 碳化硅電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用如火如荼

碳化硅具有高電子遷移率、高臨界擊穿電場等特性，是制造高溫、高壓、高功率、抗輻照器件的優(yōu)良半導(dǎo)體材料，也是目前綜合性能較好、商品化程度最高、技術(shù)成熟度最高的第三代半導(dǎo)體材料。碳化硅功率半導(dǎo)體器件為更小體積、更快速度、更低成本、更高效率的下一代電力電子技術(shù)的進步提供了機遇，在智能電網(wǎng)、軌道交通、電動汽車、新能源并網(wǎng)、開關(guān)電源、工業(yè)電機以及家用電器等領(lǐng)域具有重大的應(yīng)用前景和產(chǎn)業(yè)價值。隨著碳化硅材料制備技術(shù)不斷進步，全球主要發(fā)達國家競相發(fā)展碳化硅電力電子器件技術(shù)。近年來，多家國際大公司紛紛布局向6英寸碳化硅電力電子器件制造工藝，積極開發(fā)高壓、大容量碳化硅電力電子器件產(chǎn)品。目前，肖特基二極管、PIN二極管、金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管、絕緣柵雙極型晶體管等碳化硅電力電子器件耐壓高達10 kV以上，單管器件最高電壓超過27 kV［22］。2019年，Cree公司宣布投資10億美元打造碳化硅超級制造工廠，將碳化硅晶圓制造能力提高30倍，以滿足2024年的預(yù)期市場增長［23］。

3 啟示與建議

隨著芯片性能遭遇增長瓶頸，人工智能應(yīng)用成為半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展的重要推動力，所需的海量計算數(shù)據(jù)搬運進一步加劇了傳統(tǒng)馮諾依曼計算架構(gòu)芯片固有的“內(nèi)存墻”挑戰(zhàn)，半導(dǎo)體行業(yè)亟需采用新架構(gòu)和新材料來尋求芯片性能突破。在諸多新型半導(dǎo)體材料技術(shù)中，碳基電子技術(shù)成為硅基電子技術(shù)的重要補充者之一。目前，碳基電子技術(shù)獲得了美國、歐盟、英國、日本、韓國等國家／地區(qū)的政府機構(gòu)和大型公司的積極關(guān)注與研發(fā)布局，多年來取得了一系列重要甚至里程碑式研究進展。

中國在碳基電子技術(shù)研究領(lǐng)域具有良好的研究基礎(chǔ)和廣闊的發(fā)展空間，但核心技術(shù)仍受制于人，未來應(yīng)進一步整合優(yōu)勢資源，聚力突破關(guān)鍵碳基電子技術(shù)發(fā)展障礙。本文提出以下建議，為中國在相關(guān)領(lǐng)域的工作提供參考。

制定碳基電子技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略，完善頂層布局。美國已通過“超越摩爾定律的科學(xué)與工程”和“2020年后的納米電子學(xué)”等項目來資助碳基納電子材料等硅基替代技術(shù)研究；歐盟啟動了“石墨烯旗艦計劃”；英國也建立了國家級石墨烯研究機構(gòu)和工程創(chuàng)新中心，支持早期研發(fā)及商業(yè)化。因此，中國應(yīng)充分把握半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)面臨的變革機遇，推動制定碳基納電子國家戰(zhàn)略，從頂層設(shè)計層面部署科學(xué)化、體系化的碳基電子技術(shù)發(fā)展舉措，制定關(guān)鍵碳基電子技術(shù)研發(fā)路線圖，明確優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域、發(fā)展目標(biāo)、關(guān)鍵挑戰(zhàn)和時間節(jié)點，搶占未來半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展新的制高點，在全球電子信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)中獲取更多的控制權(quán)。

建立產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合攻關(guān)網(wǎng)絡(luò)，突破關(guān)鍵碳基電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)化瓶頸。石墨烯電子技術(shù)、碳納米管電子技術(shù)、碳化硅電力電子技術(shù)是當(dāng)前熱點碳基電子技術(shù)，石墨烯電子技術(shù)和碳納米管電子技術(shù)已逐漸從基礎(chǔ)研究向應(yīng)用研究轉(zhuǎn)變，碳化硅電子技術(shù)已逐漸步入應(yīng)用階段。中國應(yīng)攜手政府、學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界、投融資機構(gòu)等所有利益相關(guān)者共同部署石墨烯電子技術(shù)、碳納米管電子技術(shù)、碳化硅電子技術(shù)項目，以基礎(chǔ)研究為抓手，以商業(yè)化應(yīng)用為目標(biāo)，力爭取得碳基芯片、石墨烯射頻器件、石墨烯自旋電子器件、碳化硅功率電子器件等技術(shù)突破，扭轉(zhuǎn)中國高端電子信息產(chǎn)品依賴國外進口的被動局面。

致謝：中南大學(xué)教授汪煉成、東方電氣中央研究院儲能與新材料技術(shù)研究所高級工程師張中偉、電子科技大學(xué)副教授尹良君對本文提出了寶貴的意見與建議，謹(jǐn)致謝忱！