【一次看懂石墨烯2】擺脫美國半導體制裁 中國押寶石墨烯搏翻身

文|陳書璿
石墨烯被喻為神奇的奈米材料,硬度是鋼的100倍,厚度僅有1個碳原子,傳導速度比矽更快,有機會成為取代矽材料的替代品之一。(東方IC)

中國擁有全球80%的石墨礦儲量,也占全球每年過半的產量,具有發展石墨烯產業的先天優勢。而為了擺脫美國在半導體領域的牽制,中國產官學界善用此優勢,全力研發以石墨烯為主的碳基晶片。日前,中國科學院宣稱,中國已在碳基晶片領域獲得巨大突破,展現彎道超車的野心。

十年磨一劍,石墨烯在尖端科技領域的殺手級應用,已在半導體領域露出一絲曙光,中國更想藉此在第三代半導體技術上彎道超車。(翻攝微博)

提起石墨烯在科技業的各種可能性,不只科技大咖想用在電池儲能應用上,就連半導體教父台積電創辦人張忠謀都看好石墨烯在半導體的前景。「雖然自台積電後,半導體業還未出現重大創新,但我看好碳導管、石墨烯等新材料可能會成為下一波半導體新技術!」張忠謀曾公開說。

為了擺脫美國政府對於曝光機(中國稱為光刻機)的控制,中國產官學界似乎把張忠謀的話給聽進去了。因為中國不僅擁有全球80%的石墨礦儲量,也占全球每年過半的產量,具有發展石墨烯產業的先天優勢。

目前,以碳奈米管或石墨烯為主的碳基晶片,全球的市場規模已突破6,100萬美元(新台幣約16.9億元),並將成為發展第三代半導體科技的新風口。日前,中國科學院宣稱,已在碳基晶片領域獲得巨大突破, 未來中國可望繞開荷蘭ASML所研發的高階曝光機製程,中國期望能夠提升碳基晶片的量產,並可望在該領域領先世界至少3年。

此外,華為也在近日首次公開了石墨烯場效應電晶體專利,通過提高元器件的輸出電阻,從而提高晶片的工作效率,試圖從晶片突圍。就在中國大力扶植石墨烯技術搶進第三代半導體之際,並且壟斷上游原料,台灣又該如何發展石墨烯相關產業呢?

中原大學研發的綠色石墨烯製備技術已在美、中、台申請專利,並獲得國內中科院採用,未來可望用於隱形戰機的機身塗料。(翻攝國防部發言人臉書)

長年研究石墨烯與能源材料,替科技部主持A世代半導體研究計畫的中央大學機械與光電中心教授蘇清源認為,經過十多年努力,全球石墨烯商品化的速度比預期還要慢,除了石墨烯應用的殺手級商品尚未出現外;石墨烯製程與設備手續繁複,導致價格昂貴。

「反觀台灣,發展石墨烯的優勢,就在於科技電子業群聚有很大的量能,石墨烯應用的驗證可從上游一路延伸到中下游。」他說道。

不管國內外的學界或業界,對於石墨烯期待仍大,像國內中原大學就成功研發出「綠色石墨烯製備技術」,特殊的製備方式可節省廢酸處理成本,也能維持石墨烯品質。

蘇清源指出,石墨烯的商化其實仍有曙光,主要有三個評估點:包括效能、成本和量產化。如果石墨烯只能取代原功能10至20%,成本最好不要超過10%,否則就會降低替換的優勢。

而中國原本在石墨烯原料上具有優勢,加上政府大力支持,是否真能在第三代半導體研發上取得優勢地位?後勢值得觀察。

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