芯片产业瓶颈倒逼材料革新
2016年之前，芯片行业内有声音认为：7nm是硅芯片工艺的物理极限。而现在，7nm制程的硅芯片已经问世，新的声音又出现了：3nm才是极限。
但3nm以下的芯片该何去何从，目前各大半导体厂商都没有明确的答案。芯片产业发展面临巨大瓶颈，推出新的架构是一大解决方案，但最“根本”的办法，就是找到替代硅的新介质。
芯片发现之初，硅材料并非从一开始就是首选。在硅之前，主流芯片材料是锗，但锗有许多硬伤的，其中最主要的硬伤有三个：
一是含量少。锗在地壳中的含量仅为一百万分之七，且分布太过分散，被业内人士称为“稀散金属”。没有较为集中的“锗矿”，导致锗的开采成本十分非常之高，也很难实现大规模生产。二是提炼高纯度锗的难度太大。纯度不纯芯片性能难以提升。三是稳定性差。采用锗晶体管的芯片只能承受80°C左右的高温，而早期芯片主要是军方为主，而军方要求芯片能够经受200°C的高温，锗芯片高温承受能力明显不够。
而锗的三大“硬伤”却恰好都是硅的长处。硅在地壳中含量高达26.3%，仅次于氧(48.6%)，含量是所有元素除了氧含量最高的。在稳定性方面，硅也强于锗。提纯能力方面以现有技术已经将纯度无限提升至接近100%。
发明了硅晶体管的平面处理技术后，使得硅在芯片中的应用变得简单高效，硅就逐渐成为了芯片制造的主流材料。
现有技术情况硅所遇到的技术难题
芯片发展方向可以简单总结为：体积越小性能就越强。想要体积越小性能越强就要让芯片单位面积上集成的元器件数量更多。元器件尺寸越小，芯片上能集成的元器件就自然越多，当然这同时也意味着更高的制造难度。
而硅的漏电性和散热性不好，就导致了硅芯片“过载”产生的问题。这两个弊端不是在当前芯片制程工艺走到了7nm这一时期才突然出现的。而是在硅芯片发展过程中这些问题已经出现过很多次，芯片制造商已经采用各种技术解决了。
即使现在的7nm芯片并没有像过去预测的那样，达到硅芯片的物理极限，但硅的物理极限是已然存在了。而芯片的下一个技术突破，就是找到新的材料。
石墨烯的诞生成为芯片发展的新思路
而石墨烯的出现有望成主流芯片材料，年初达摩院发布的“2020十大科技趋势”预测：新材料的全新物理机制，将实现全新的逻辑、存储及互联概念和器件，推动半导体产业的革新。例如，拓扑绝缘体、二维超导材料等，能够实现无损耗的电子输运和自旋输运，可以成为全新的高性能逻辑器件和互联器件的基础。早在2016年著名华裔科学家张首晟就宣称：已经发现了新的拓扑绝缘体材料，并且该材料已经实验成功。如果这种新的拓扑绝缘体材料最终能够成功地应用到半导体和芯片产业中，将带来巨大的商机，也将造就一个新的硅谷时代。
然而目前拓扑绝缘体在芯片制造领域的应用，还处于理论和早期的研发阶段。是目前已知的是能够解决电子芯片发热的问题，但未来这种新材料要怎么用才能达到芯片材料的要求还需要更多探索方向。此外，拓扑绝缘体更多被寄希望于应用在量子芯片上，但量子芯片与硅芯片是两个完全不同的科研方向。
现在出现几种二维超导材料，是现在半导体行业一直研究的方向。二维材料主要有石墨烯、磷烯、硼烯等，而这些材料更有希望成为芯片的主导基材。而石墨烯是所有二维材料中性能最突出的一个。业内人士看好石墨烯，是因为它除了“二维”这个属性外，还有另外一个身份就是碳纳米材料。2012年，IEEE(电气和电子工程师协会)在《超越摩尔》中写道，未来半导体工业可能从“硅时代”进入“碳时代”。碳纳米材料石墨烯非常有可能在未来代替原来的硅基材料。并且现在已经在芯片基材领域突破，
目前中国自主研发的传统芯片，还在28nm到14nm制造工艺的商业化量产转化过程中，与国际先进水平还有较大的差距。而在石墨烯芯片基材领域的突破，使得我们可以实现弯道超车的可能。
国际上最早实现碳纳米管器件制备的是IBM，2017年IBM通过使用碳纳米管将晶体管尺寸缩小到40nm;同年，北京大学研制了120nm的碳纳米管晶体管，并在0.8伏特电压下的跨导，为已发现的碳纳米管器件中的最高值。
但石墨烯在芯片制造领域的应用面临着三大难题：首先，目前高纯度的石墨烯还比较难获得;其次，石墨烯晶圆的制造也十分困难，但是华为余承东在2018年某场发布会上提到华为已经在从事石墨烯芯片的研发，和近日中科院获得重大突破石墨烯芯片正式上线的报道说明已经在技术上确定了可行性，并做成原型！
或许最近两三年内石墨烯芯片就会实现量产，将无惧芯片领域的任何制裁，中国芯片行业将不会依赖任何人！
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