可期
碳基芯片比硅基芯片有更快的传输数率，且避免欧美技术封锁的优势。碳纳米芯片的电子特性比硅有优势，电子在碳晶体内比在硅晶体内更容易移动，因此能有更快的传输数率。同时碳基芯比硅基芯片具有成本更低、功耗更小的明显优势。由于美欧等对硅芯片技术的封锁，中国想在硅技术上超越它们非常难，因而发展碳基芯片产业具有战略意义。
碳纳米管性能突出，是碳基芯片的关键材料之一。碳纳米管优势：1）特殊且完美的一维结构，极大压抑了背散射，是低功耗的弹道运输。2）理想的无悬挂键结构，化学稳定性强、表面超洁净，栅效率高。3）载流子迁移率极高、本征电容小，能够快速响应。4）导电通道超薄、静电控制极佳，性能接近理论极限的5nm平面晶体管。碳纳米管应用挑战：1）碳纳米管阵列密度低，一般需要在1微米内有100~200个碳纳米管；2）纯度低：半导体的适宜纯度需要达到99.9999%甚至更高。
碳基芯片研究成果频出，但仍任重道远。2019年，MIT的团队成功制备了完全由碳纳米晶体管构成的16位微处理器。2021年6月北京大学彭练矛院士在《NatureElectronics》发表文章，表示开发出了每微米120个纳米管、半导体纯度高达99.99%的碳纳米管阵列，并以此构筑成了性能优异的射频晶体管。同时，2021年初彭练矛院士提出“在国家重视和科研经费充足下，预计3-5年碳基技术能够在特殊领域小范围应用；预计10~5年硅碳融合技术将成为主流；预计15年之后碳基芯片有望凭借其高性能成为主流技术”。

附：碳纳米管主要生产企业情况及企业客户对比


其中：单壁碳纳米管是新机遇，OCSiAl超前布局谋求先机。OCSiAl是一家俄罗斯企业，其在2013年研发出了首个工业合成单壁碳纳米管的技术，并且在2014年正式发布其单壁碳纳米管产品TUBALL。目前，OCSiAl拥有90万吨的年产能，占全球单壁碳纳米管市场的95%以上。TUBALL已经在锂离子电池、轮胎、导电塑料等领域得到应用，且性能领先于同行竞品。国内企业，天奈科技已成功研发单壁碳纳米管成品，并在2021年定增新建单壁碳纳米管产能，在2023-2024年投产；中科时代纳米（中科院成都有机化学所）已具备500kg的年生产能力；道氏技术（青岛昊鑫）也已经完成单壁碳纳米管的研制工作。

小 结：
碳纳米管性能优势显著，催化剂、分散体系和设备壁垒高
碳纳米管（CNT）是由石墨烯围成的一维量子结构，是优势显著的导电材料，主要应用在锂离子电池，并且在导电塑料和碳基芯片领域拥有较好的商业化前景。根据石墨烯层数的差异，CNT可分为单壁和多壁；单壁碳管优势主要为：
1）化学性质更稳定；
2）机械性能好；
3）提升极片附着力。
CNT技术壁垒主要体现为：
1）催化剂是工艺核心；
2）设备工艺决定连续化和宏量化制备水平，头部企业多自研设备以提升生产效率。
3）分散体系是浆料制备的核心步骤，分散程度的优劣直接决定浆料性能。
行业技术与产品迭代快，龙头企业优势显著
碳纳米管行业壁垒主要体现在：
1）技术壁垒高，头部企业有完善的专利布局，传统炭黑因工艺差异和技术壁垒难以直接切换；
2)客户壁垒高：导电剂认证周期较长，且成本占比较低，客户粘性较大。因此CNT属于典型的技术密集型利基市场，具有集中度高的特点。国内市场中天奈科技出货量多年蝉联第一，2022年市占率达到40.3%，道氏技术（青岛昊鑫）、集越纳米紧随其后。海外市场看，LG化学依托自身优势进行自主研发，卡博特通过收购三顺纳米切入碳纳米管领域；OCSiAl专注单壁碳纳米管产品，拥有行业约95%产能。
来源：芯能创投Fund

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碳基芯片比硅基芯片有更快的传输数率，且避免欧美技术封锁的优势。碳纳米芯片的电子特性比硅有优势，电子在碳晶体内比在硅晶体内更容易移动，因此能有更快的传输数率。同时碳基芯比硅基芯片具有成本更低、功耗更小的明显优势。由于美欧等对硅芯片技术的封锁，中国想在硅技术上超越它们非常难，因而发展碳基芯片产业具有战略意义。
碳纳米管性能突出，是碳基芯片的关键材料之一。碳纳米管优势：1）特殊且完美的一维结构，极大压抑了背散射，是低功耗的弹道运输。2）理想的无悬挂键结构，化学稳定性强、表面超洁净，栅效率高。3）载流子迁移率极高、本征电容小，能够快速响应。4）导电通道超薄、静电控制极佳，性能接近理论极限的5nm平面晶体管。碳纳米管应用挑战：1）碳纳米管阵列密度低，一般需要在1微米内有100~200个碳纳米管；2）纯度低：半导体的适宜纯度需要达到99.9999%甚至更高。
碳基芯片研究成果频出，但仍任重道远。2019年，MIT的团队成功制备了完全由碳纳米晶体管构成的16位微处理器。2021年6月北京大学彭练矛院士在《NatureElectronics》发表文章，表示开发出了每微米120个纳米管、半导体纯度高达99.99%的碳纳米管阵列，并以此构筑成了性能优异的射频晶体管。同时，2021年初彭练矛院士提出“在国家重视和科研经费充足下，预计3-5年碳基技术能够在特殊领域小范围应用；预计10~5年硅碳融合技术将成为主流；预计15年之后碳基芯片有望凭借其高性能成为主流技术”。

附：碳纳米管主要生产企业情况及企业客户对比


其中：单壁碳纳米管是新机遇，OCSiAl超前布局谋求先机。OCSiAl是一家俄罗斯企业，其在2013年研发出了首个工业合成单壁碳纳米管的技术，并且在2014年正式发布其单壁碳纳米管产品TUBALL。目前，OCSiAl拥有90万吨的年产能，占全球单壁碳纳米管市场的95%以上。TUBALL已经在锂离子电池、轮胎、导电塑料等领域得到应用，且性能领先于同行竞品。国内企业，天奈科技已成功研发单壁碳纳米管成品，并在2021年定增新建单壁碳纳米管产能，在2023-2024年投产；中科时代纳米（中科院成都有机化学所）已具备500kg的年生产能力；道氏技术（青岛昊鑫）也已经完成单壁碳纳米管的研制工作。

小 结：
碳纳米管性能优势显著，催化剂、分散体系和设备壁垒高
碳纳米管（CNT）是由石墨烯围成的一维量子结构，是优势显著的导电材料，主要应用在锂离子电池，并且在导电塑料和碳基芯片领域拥有较好的商业化前景。根据石墨烯层数的差异，CNT可分为单壁和多壁；单壁碳管优势主要为：
1）化学性质更稳定；
2）机械性能好；
3）提升极片附着力。
CNT技术壁垒主要体现为：
1）催化剂是工艺核心；
2）设备工艺决定连续化和宏量化制备水平，头部企业多自研设备以提升生产效率。
3）分散体系是浆料制备的核心步骤，分散程度的优劣直接决定浆料性能。
行业技术与产品迭代快，龙头企业优势显著
碳纳米管行业壁垒主要体现在：
1）技术壁垒高，头部企业有完善的专利布局，传统炭黑因工艺差异和技术壁垒难以直接切换；
2)客户壁垒高：导电剂认证周期较长，且成本占比较低，客户粘性较大。因此CNT属于典型的增强铝基复合材料组织和性能的影响