3D打印技術出現在20世紀90年代中期,而在此之前80年代的時候,美國科學家便已經發明了第一臺商業3d印刷機,也就是說從3d打印概念的提出至今已經也有二十個年頭。
3d打印技術一度被稱為生產技術革命的第二次浪潮,然而直至后世也沒有看到浪潮,最多就是濺起幾滴好看點的浪花。
陳義哲發展3d打印技術,也是為了后面的石墨烯芯片的量產作準備,不是神經網絡晶體管,而是單純的石墨烯晶體管芯片。
如今的光刻機技術基本上都掌握在歐美手中,荷蘭asml的光刻機上面很多技術和設備其實都不是asml公司的,制作光源的設備來自美國,鏡片來自德國蔡司公司……
說真的,陳義哲也有能力把光刻機復制出來,可是想要突破其外圍專利還是比較有難度,而且如果真的想要實現超車的話,與其跟著國外的腳步走,還不如自己走出一條路。
陳義哲從一開始就已經制定了不走硅基,走碳基芯片的道路,而想要對石墨烯芯片進行量產的話,陳義哲想來想去,還是決定開發3d打印技術來實現這一戰略。
如果說要生產硅基芯片的話,陳義哲決定不會開發3d打印技術,要知道,硅基半導體工藝幾乎用到了整個元素周期表的元素,采用打印技術,那就必須要求打印機必須能夠熔化所有這些材料,還要精確控制配比,防止材料污染。
有這水平,還用得著硅做集成電路了?想想,能夠熔化幾乎所有材料的打印機本身是什么材料做出來的。
能把硅基芯片生產出來的這個牛逼的打印機本身的技術水準,已經遠遠高于了目前所有的集成電路工藝所具有的技術含量,絕對是屬于下一個時代的科技,跟集成電路不在一個次元。
陳義哲不會做這種吃力不討好的事情,不過碳基芯片和硅基不同,陳義哲創作的神經網絡晶體管,其材料百分之九十九來自于石墨,也就是碳原子。而碳基芯片比起神經網絡晶體管,那要更為單純,基本上不需要其他的原料,也就是說3d打印只要針對石墨烯這單一材料進行打印就行。
當然,這一切只是陳義哲腦海中的計劃,要實現這些,得先把可以把石墨烯材料打印出來的3d技術開發出來,陳義哲決定在噴墨打印成型技術上進行改造,把石墨烯粉分散在溶劑中形成“墨汁”,而后根據打印需要適時將電壓加在壓電陶瓷片上使其產生變形,擠壓腔體中的墨汁使其逐滴噴出,在基板上層層累積形成一層層晶體管,最后通過熱處理、光照、冷凍干燥等后處理方式去除溶劑定型。
石墨烯高載流子遷移率使得其非常適用于納米電子器件的制備,噴墨打印便是一種常用的方便高效的制備方法。而聚合物的加入可以穩定墨汁,防止石墨烯沉淀分層,還可以調節墨汁黏度,使其處于便于打印的范圍。
而且最重要的便是噴墨打印成型設備簡單,成本低,操作簡易,簡直就是石墨烯芯片量產的神器。
陳義哲已經在家里的實驗室生產了一臺噴墨3d打印機,其生產的石墨烯晶體管比神經網絡的石墨烯晶體要大幾千倍,而制程可能也要70微米。
石墨烯晶體管其結構和硅基芯片一樣,相對硅基芯片,由于石墨烯的電子遷移率要比硅元素高了200倍,預計碳基芯片頻率可以達到1000GHz。而石墨烯的這種特性也是當初天啟即使只有100萬顆晶體管,計算能力也只遜色于超級計算機的原因。
用3d打印機和光刻機生產出來的兩者制程雖說有幾千倍的差距,不過石墨烯晶體管的超高頻率還是很好的彌補了這一缺點。
而且這一臺3d打印機也只是陳義哲按現階段市面上的一些材料進行生產,后面還是有很大的改進空間,只要能把3d打印機打印出來的芯片制程控制到二十微米以內,那么石墨烯芯片就可以和現在市場上的主流芯片一較高低。