赵猛谈石墨烯电子信息产业小镇

在2019年11月27日举行的中国福建人才创业周泉州专场南安分场上，国家石墨烯应用产业技术创新战略联盟理事长赵猛博士与来自集成电路、生物医药、电力电子、光伏等高新领域的30余位专家、领军人才走进南安市泛家居产业联盟、泉州芯谷南安分园区开展实地考察。

泉州芯谷南安分园区主要以化合物半导体为主，发展光通信器件、微波、射频及功率型器件、新型材料。

泉州芯谷南安分园区效果图

赵猛在接受记者专访时，针对性地分享了石墨烯在集成电路（芯片）、半导体等领域的创新性应用成果，并提出石墨烯电子信息产业小镇的创新构想。

据他介绍，石墨烯是目前已知最薄的纳米材料之一，具有极强导电性、超高强度、高韧性、较高导热性能等优异性能，将在半导体领域带来一次材料技术革命。比如将石墨烯应用于载带上，可大幅提升传统芯片封装材料的防护品质及性能。在功能复合材料领域，通过将石墨烯加入各种塑形基体，能够制备出具有很好导电、导热、可加工、耐损伤的特殊材料，在集成电路、散热片等方面深具应用潜力。

赵猛指出，建设石墨烯电子信息产业小镇有两个重要背景，一是当前全球新一轮科技和产业革命正在兴起，我国经济结构调整和新旧动能转换进入关键时期，信息技术和电子信息产业的作用地位更加突出，电子信息产业转型升级面临更大压力。二是石墨烯作为引领21世纪产业变革的颠覆性新材料，石墨烯创新战略已上升为国家意志，正在引领中国经济新发展。如今我国石墨烯应用于电子信息产业的诸多技术已获突破，相关企业技术产品需要产业化基地承载。

1、石墨烯半导体晶圆

研究团队创造性地利用完全原位替代掺杂的制备方法制备石墨烯半导体材料，且制备方法简单易行、能够规模化制备、产品的一致性好，年产可以达到百万片量级，且质量可靠。若进一步应用于半导体工业领域中，可实现对硅、锗、氮化镓、砷化镓等半导体的替代，具有极大的应用价值和升值空间。半导体石墨烯不仅可以用于生产集成电路、射频芯片、传感器，还可以应用于超级电容器、锂离子电池、高性能涂料等。

2、石墨烯芯片

采用石墨烯材料的芯片具有极高的工作频率和极小的尺寸，在前端设计水平相当的情况下，使用石墨烯制造的芯片要比使用硅基材料的芯片性能强几十倍，随着后续发展可能强上百倍，同时还拥有更低的功耗。

3、石墨烯载带

载带主要应用于电子元器件贴装工业，广泛应用于IC、电阻、电感、电容、传感器、LED、二极管、三极管等SMT电子元件的封装测试。配合盖带（封带）使用，通过在载带上方封合盖带形成闭合式的包装，用于保护电子元器件在运输途中不受污染和损坏，确保元器件不受静电击穿影响，起核心定位作用，适合自动化生产。将石墨烯新材料应用于载带上，可大幅提升传统芯片封装材料的防护品质及性能。

4、石墨烯钻石碟

钻石碟是集成电路（IC）必用制程化学机械平坦化（CMP）的催生者，而且产能、良率及成本因IC的轻薄短小而越来越重要。传统钻石碟寿命短，每台机器要停机三次更换钻石碟，成为产能的瓶颈。而石墨烯次世代钻石碟AODD寿命可延长四倍。已经由美国矽谷的应用材料公司（世界上最大的CMP机台制造者）向全球推出，并通过中芯半导体最先进制程14奈米IC的马拉松验证。

5、全功能石墨烯集成电路

如今，硅基集成电路芯片技术正在逼近摩尔定律的物理极限，而二维纳米材料石墨烯的发现为新型半导体器件的设计与制备注入了新活力。利用晶圆级石墨烯合成出最先进的多功能集成电路，这种晶圆级石墨烯是一种新型的半导体材料，可能具备改进无线电设备的能力，使其朝着低成本、高速传输的方向发展。具有里程碑式的纳米科学即将开启碳基电子设备和集成电路应用的新时代。

6、石墨烯触摸屏

石墨烯几乎是全透明的，电导率与透光率的矛盾在石墨烯透明电极中可得到很好的解决。石墨烯材料仅一个碳原子层厚， 其载流子迁移率极高，是迄今为止发现的电导率高的材料；同时石墨烯薄膜具有极高的力学强度，并且非常柔软（甚至可以在一定程度折叠）。因此，石墨烯触控屏色质纯净、透光性好、触控灵敏，特别是在弯曲的情况下同样可以实现良好的触控和书写。这种随意卷曲也不会影响使用效果的触摸屏将促进柔性智能终端的开发。

7、石墨烯材料闪存原型

利用多层石墨烯材料制造的闪存，无论在信息存储速度还是保存时间方面都超过现有其它材料制成的闪存。其作用原理是用来制作闪存的存储介质（多层石墨烯材料）对电子具有很大的功函数，约5电子伏特。因此在石墨烯层和氧化硅边界势垒就会增加到大约4电子伏特。被夹在隧道和阻挡氧化物之间的石墨烯层相当于一个深势阱，电荷进去后就长期贮存在那里，这就有了对闪存进行几何学优化的可能。

8、石墨烯U盘

石墨烯U盘将取代现有的基于闪存的优盘，让数据存储和交换，变得像写一张即时贴一样直观又方便，只需要贴在光学数据传输面板上即可传输读写数据。

9、石墨烯量子晶体管

把石墨烯纳米带(GNR)夹在两层有纳米孔(内径约1纳米)的固体膜中间，再让DNA分子穿过这种设备，以此来感知辨认所通过的DNA碱基对。这种DNA感测器是一种以石墨烯为基础的场效应类晶体管设备，能探测DNA链的旋转和位置结构。实现这一点的关键是利用了石墨烯的电学性质，制成的GNR可以多方调节，改变它的边缘形状、载流子浓度、纳米孔位置等，由此来调节它的电导率和对外部电荷的灵敏度。

10、石墨烯处理器

科学家们制造了一种新型石墨烯晶体管，使用它打造的处理器未来将能够跑到100GHz的超高频率。这种双层石墨烯晶体管不仅可以高频率运行，电压和功耗还特别低，因为开关切换所需的能量极小，是传统硅材料晶体管所无法比拟的。

11、石墨烯湿度传感器

一种特殊的石墨烯材料，可以在不同的温度下做出不同的动作，比如伸展或收缩，甚至旋转等等。这也就意味着，可以通过使用这种石墨烯来制作低成本的传感器，包括温度，湿度和PH值等都可以涉及到。

12、石墨烯图像传感器

通过CMOS集成电路与石墨烯的单片集成，将石墨烯CMOS器件与量子点相结合，以形成一个阵列的光电探测器，产生高分辨率图像传感器。当作数码相机使用时，该设备能够同时感测紫外光、可见光和红外光。石墨烯CMOS技术将可以广泛的应用于安全、安保、低成本的口袋和智能相机、消防系统、被动夜视和夜间监控摄像机、汽车传感器系统、医疗成像应用、食品和药物检验、对环境监测等等领域。

13、石墨烯导电浆料

石墨烯复合导电浆料未来在无线射频识别系统、导电油墨、触摸屏等领域会有十分广泛的应用。其优势突出表现在：（1）高导电性满足智能化需求：片状结构可实现多重网络电子传导，提高电子传导速率，电阻率低。（2）柔性特质满足柔性化需求：石墨烯为有强度的柔性体，可使印刷涂层更轻薄，制备出更强的导电涂层。（3）稳定性及可控性满足功能化需求：石墨烯的高稳定性可使涂层更耐酸、耐碱、耐高温、耐氧化、耐析出；石墨烯的可控性可实现涂层的功能化赋予导电涂层不同的特殊功能；石墨烯经功能化处理后可与不同树脂体系、不同溶剂体系相容进而扩展导电油墨的适印基底，增大使用范围。

14、石墨烯复合膜

基于石墨烯高导电复合膜原材料，可设计出高弹性、高柔韧性、耐弯折、耐冲击等不同力学性能的系列产品，以及满足耐腐蚀、阻燃、耐高温高寒等特种性能的特殊需求，可应用于航空器除冰、电磁屏蔽和非金属导电电极、柔性发热材料等多个领域，特别是应用于石墨烯发热可穿戴产品中，解决困扰现有发热材料的舒适性、贴服性、统一性的问题。

15、石墨烯LED灯

石墨烯的化学和物理稳定性、优良的导电性及定向的散热效能，将之作为照明新材料，不仅可以增加LED灯具的节能、散热性能和使用寿命，而且在价格上有望比传统LED更便宜，有效降低成本。

16、石墨烯超级电池

利用石墨烯膜作为材料，研发出的新型铝-石墨烯电池，只要每天充电10次可以使用70年，也能在极短时间内充满电，在摄氏零下40度到120度的温度范围内都能正常运作，未来如果把这项科技用到手机上，充电5秒钟就可以通话2小时。

17、石墨烯太阳能电池

石墨烯是理想的太阳能电池导电电极材料，通过在太阳能电池中引入石墨烯材料，可有效提高太阳能电池的光电转换效率。

赵猛表示，石墨烯电子信息产业小镇规划建设有小镇会客厅、石墨烯应用技术研究院、石墨烯科技展示中心、石墨烯技术转移中心、孵化器、加速器、商务区、产业基地等，是集总部商务、科技研发、产业集聚、创业孵化、成果展示、生活服务于一体的创新创业服务平台。

作为一个集大成的平台，石墨烯电子信息产业小镇将汇聚政、产、学、研、用、金等资源要素，不断提高创新能力，注重产业链协同，瞄准技术前沿，尤其是推动5G关键器件产业布局突破，注重培育产业生态，加强规划引导，拓展新兴领域应用，加快产业升级，实现超越发展。

赵猛强调，传统电子信息产业，通过石墨烯的结合替代，通过研究院进行技术输出，通过技术转移中心可以进行很好的产业落地推进，从而可形成具有自主知识产权、掌握核心技术、掌握行业话语权的产业发展制高点。因此，建设石墨烯电子信息产业小镇，不仅是提速石墨烯产业发展、打造区域经济新动能的创新举措，也是推动电子信息产业高质量发展的重要手段。