随着摩尔定律不断逼近极限，单位硅基芯片能够承载的晶体管日渐饱和。硅原子的大小仅有0.12nm，按照此大小来推算，当芯片工艺达到1nm，基本上就放不下更多的晶体管了，现在的硅基半导体技术很快会碰到极限传统
当芯片的工艺足够小的时候，原本在电路中正常流动构成电流的电子就不会老老实实按照路线流动，而是会穿过半导体闸门，最终形成漏电等各种问题。此类问题在在7nm、5nm制程中都发生过，随着EUV光刻机发明、厂家制造工艺的提升顺利解决了该问题。但是，芯片越小对制造工艺要求越高，芯片出现各种问题的几率将会变大，如何达到高质量、稳定地量产还是一个尚待攻破的难题。
芯片缩微化技术挑战越来越大，但先进芯片工艺的探索却从未停止。台积电、三星、英特尔继续坚持攻克先进制程。据悉，三星曾宣布年量产1.4nm工艺；台积电预计在年左右量产1nm，近日已宣布计划在桃园龙潭建设1nm工厂。但是，先进制程所必需的高昂芯片研发、制造费用也给公司带来了巨大的成本压力与投资风险，这也进一步迫使企业寻求性价比更高的技术路线来满足产业界日益增长的芯片性能的需求。
石墨烯优势凸显纳米电子学领域的一个紧迫任务是寻找一种可替代硅的材料。石墨烯的电子迁移率远高于硅基材料，性能至少是硅基芯片的10倍以上，同时功耗还能大幅降低，石墨烯被认为是最有希望替代硅的材料之一。虽然石墨烯芯片性能更强，但石墨烯芯片的制造难度非常高，尚未实现量产。
目前，多个国家都在研究石墨烯芯片，一旦成功量产，就有望打破现今的硅基芯片垄断局面。中国半导体发展在石墨烯领域取得了一些实质成果。中国自主研发的8英寸石墨烯晶圆，性能或尺寸均处于国际顶尖水平。华为首次公开的石墨烯场效应晶体管专利，也标志着中国在芯片研究领域进入了一个全新的开始。截至年底，中国石墨烯专利技术申请量约占全球的80%，相关产品市场规模已达到亿元。
要想达到石墨烯芯片量产，成本投入也是巨大的。硅基芯片已具备一套完整且成熟的产业链，想要生产、研发碳基芯片，需要与之相匹配的制造工厂、成熟稳定的技术条件、专业的研发人员等，现阶段看来是不易实现的，这也是石墨烯芯片量产难度高的原因。
石墨烯又一大突破看到了石墨烯芯片的优势潜在利益，全球都在该领域持续发力。美国佐治亚理工学院研究人员开发了一种新的基于石墨烯的纳米电子学平台——单片碳原子，已发表在《自然·通讯》杂志上。该技术可以与传统的微电子制造兼容，有助于制造出更小、更快、更高效和更可持续的计算机芯片，并对量子和高性能计算具有潜在影响。
研究人员称，石墨烯的力量在于其平坦的二维结构，这种结构由已知最强的化学键结合在一起。相较于硅，石墨烯可微型化的程度更深、能以更高的速度运行并产生更少的热量。原则上，单一的石墨烯芯片比硅芯片可封装的器件更多。为了创建新的纳米电子学平台，研究人员在碳化硅晶体基板上创建了一种改良形式的外延石墨烯，用电子级碳化硅晶体生产了独特的碳化硅芯片。
研究人员使用电子束光刻来雕刻石墨烯纳米结构并将其边缘焊接到碳化硅芯片上。这个过程可以稳定和密封石墨烯的边缘，否则它会与氧气和其他可能干扰电荷沿边缘运动的气体发生反应。
最后，为了测量石墨烯平台的电子特性，研究团队使用了一种低温设备，使他们能够记录从接近零摄氏度到室温下的特性。团队在石墨烯边缘态观察到的电荷类似于光纤中的光子，可在不散射的情况下传播很远的距离。他们发现电荷在散射前沿着边缘移动了数万纳米。而先前技术中的石墨烯电子在撞到小缺陷并向不同方向散射之前，只能行进约10纳米。
在金属中，电流由带负电的电子携带。但与研究人员的预期相反，他们的测量表明边缘电流不是由电子或空穴携带的，而是由一种不同寻常的准粒子携带的，这种准粒子既没有电荷也没有能量，但运动时没有阻力。尽管是单个物体，但观察到混合准粒子的成分在石墨烯边缘的相对侧移动。团队表示，其独特的性质表明，准粒子可能是物理学家几十年来一直希望利用的粒子——马约拉纳费米子。
人们拥有第一个基于石墨烯的电子产品可能还需要5~10年的时间，但在无缝互连的石墨烯网络中，使用这种新的准粒子开发电子产品指日可待。而新外延石墨烯平台的出现，比以往任何时候都更接近于将石墨烯“加冕”为硅的继任者。可以说，在此基础上，下一代电子产品不但大有可为，还将改变整个“游戏规则”。
