到底突破了什么？

6月8日，中科院传来了一个振奋人心的好消息：我国科学家成功研制出了国际上首款硅-石墨烯-锗势垒晶体管，其截止频率达到了132GHz，创下了世界纪录。

而且，这还远远不是终点。从理论上讲，这种新型晶体管的截止频率可以达到1THz（1000GHz）以上。

很多人可能不知道这意味着什么。简单说，这可能是摩尔定律的新希望，也是未来太赫兹通信、6G甚至7G通信的关键技术。中国在这个领域的突破，意义非常重大。

先给大家科普几个基本概念，不然可能看不懂这个突破到底有多牛。

什么是晶体管？晶体管是芯片的基本单元，我们常说的几纳米芯片，指的就是晶体管的尺寸。晶体管越小，同样面积的芯片上能放的晶体管就越多，芯片性能就越强。

什么是截止频率？简单说，就是晶体管能够稳定工作的最高频率。截止频率越高，晶体管的运算速度就越快，通信带宽就越大。

什么是石墨烯？石墨烯是一种由碳原子组成的二维材料，只有一个原子层那么厚。它的导电性、导热性都非常好，是制造下一代芯片的理想材料。

什么是太赫兹？太赫兹是一种频率单位，1THz=1000GHz。太赫兹频段的电磁波，频率比微波高，比红外光低，有很多独特的优势，被认为是6G通信的核心频段。

了解了这些概念，我们再来看这次的突破：中科院研制的硅-石墨烯-锗势垒晶体管，截止频率达到了132GHz，是目前世界上最快的。而且理论上可以达到1THz以上。

这是什么概念？现在我们手机用的5G芯片，最高频率也就几十GHz。132GHz已经是现有技术的好几倍了，如果真能做到1THz，那就是几十倍的提升。

这个突破到底有多难？为什么重要？

首先，它给摩尔定律带来了新希望。摩尔定律说，每18个月芯片上的晶体管数量就会翻一番。但现在，芯片制程已经走到了3nm、2nm，越来越接近物理极限了。再往下走，难度越来越大，成本越来越高。石墨烯晶体管被认为是延续摩尔定律的重要方向之一。

其次，它是太赫兹通信的关键。我们现在用的5G，频率是毫米波，也就是几十GHz的水平。6G要达到太赫兹级别，就需要能够工作在太赫兹频率的晶体管。没有高性能的晶体管，太赫兹通信就是空中楼阁。

第三，它的应用前景非常广阔。除了通信，太赫兹技术还可以用在很多地方：医疗方面，太赫兹成像可以做更精准的体检，不用怕辐射；安检方面，太赫兹安检仪可以"看穿"衣物和包裹，更安全更准确；雷达方面，太赫兹雷达分辨率更高，无论是军用还是民用都很有用；天文方面，太赫兹望远镜可以观测宇宙深处的信息。

第四，中国在这个领域走在了世界前列。以前芯片领域我们总是跟跑，现在在下一代芯片技术上，我们终于有机会领跑了。这个突破的战略意义，怎么评价都不过分。

离实际应用还有多远？

当然了，我们也要理性看待。实验室里的突破，到真正量产商用，还有很长的路要走。

主要的挑战有这么几个：

第一，石墨烯的大规模制备问题。实验室里做小面积的石墨烯不难，但要大规模、低成本地制备高质量的石墨烯，还是个世界性难题。没有稳定的材料供应，就谈不上量产。

第二，工艺集成的问题。现在的芯片制造工艺都是基于硅的，要把石墨烯融入到现有的芯片制造流程中，需要解决很多工艺上的难题。这不是一天两天能搞定的。

第三，可靠性和良率的问题。实验室里做几个样品，能工作就行。但要量产，就得保证几百万、几千万个晶体管都能稳定工作，良率要够高，成本要够低。

第四，整个生态的问题。芯片不只是晶体管的事儿，还需要设计工具、制造设备、封装测试等等，是一个庞大的生态系统。新材料、新结构的芯片，需要整个生态一起跟进。

所以，乐观估计的话，这种新型晶体管可能还需要10年甚至更长的时间，才能真正走到我们的日常生活中。

但这并不影响这个突破的重要性。技术进步就是这样，从0到1的突破最难也最关键，有了1，后面的10、100、1000就快了。

最后

中科院的这次突破，再次证明了中国在前沿科技领域的实力。

曾经，我们在传统芯片领域被"卡脖子"，但我们没有停下追赶的脚步。不仅在追，我们还在布局下一代技术，争取在新的赛道上实现领跑。

当然，我们也不能盲目乐观。从实验室突破到产业化应用，还有很长的路要走，中间可能会遇到很多困难和挫折。

但只要方向是对的，就不怕路远。一步一个脚印，总会到达目的地。

为中国科研工作者点赞！也期待更多的"中国突破"不断传来。

你怎么看这次石墨烯晶体管的突破？你觉得太赫兹时代什么时候会到来？欢迎在评论区聊聊你的看法。

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数据来源：新华社、央视新闻、东方财富、Wind、行业研报