问题—— 长期以来,芯片制造主要依赖硅基材料路线。
随着器件尺寸持续缩小,晶体管栅长逼近物理极限,漏电、短沟道效应、制造成本攀升等问题日益凸显,先进工艺的“难、贵、慢”成为全球共性挑战。
如何在后摩尔时代延续算力提升与能效改善的趋势,成为集成电路产业必须回答的关键命题。
原因—— 硅基晶体管微缩到极限后,器件对材料纯度、界面质量和工艺精度的要求呈几何级提高,稍有波动便可能引发性能衰减和良率下降。
与之相比,二维半导体材料具有原子级厚度、较高载流子迁移率等特性,在器件尺度进一步缩小的情况下,能够在一定程度上缓解沟道控制能力不足、载流子散射增强等难题,为更小尺寸、更低功耗、更高速度的器件提供新的材料与结构选择。
国际上,美国、欧盟等加快布局二维半导体基础研究与产业化投入,也从侧面反映出这一方向的战略价值与竞争强度。
影响—— 此次投运的二维半导体工程化示范工艺线位于上海,历经约半年建设实现运行,后续将进入通线和节点展示的阶段。
示范线的意义不仅在于“有了设备”,更在于搭建起可重复、可验证的工程化平台:一方面可推动材料制备、器件加工、测试表征与工艺集成等关键环节的体系化联动,缩短从实验室到工程线的转化周期;另一方面有助于在真实工艺环境中暴露问题、迭代方案,为未来规模化制造积累数据与经验。
对于上海而言,集成电路是三大先导产业之一,工程化示范线投运有望强化产业链协同与创新策源能力,进一步巩固在关键技术攻关与高端制造领域的集聚效应。
对策—— 从产业化规律看,二维半导体要走向应用,仍需在“材料—工艺—器件—系统”全链条上同步突破。
其一,要以工程化平台为牵引,围绕大面积高质量材料制备、低缺陷转移/生长、金属接触与界面调控、可制造性设计等难点开展持续攻关,形成可量化、可对比的工艺指标体系。
其二,要强化产学研协同与开放式验证机制,推动高校科研优势与企业工程能力深度耦合,通过多批次试制和多场景测试提高工艺稳定性与一致性。
其三,要面向应用牵引,优先选择二维材料优势更突出的方向开展示范,如高频器件、低功耗逻辑、柔性与可穿戴电子、传感与新型存储等,形成可落地的产品路径与商业模式。
其四,要完善人才、资金、供应链和知识产权等支撑体系,推动关键装备、关键材料与核心软件工具的协同发展,降低系统性风险。
前景—— 业内普遍认为,二维半导体不意味着对硅基路线的简单替代,更可能在相当长时期内与硅基工艺形成互补:在先进节点微缩遭遇瓶颈的背景下,通过新材料、新结构与异质集成等路径,延展技术迭代空间。
此次示范线明确提出阶段性对标展示的时间表,有助于形成清晰的技术路线预期和行业共识。
随着工程化验证不断推进,若能在良率、可靠性、工艺窗口以及成本等关键指标上持续取得可复制成果,二维半导体有望从“前沿概念”走向“可用技术”,进而带动相关装备、材料与应用生态共同成长。
从实验室的微观突破到产线的宏观落地,二维半导体技术正在开启芯片产业的"新摩尔时代"。
这条示范线的投运不仅是对物理极限的大胆挑战,更是我国科技自立自强的生动实践。
在全球半导体竞赛进入深水区的今天,唯有坚持创新驱动与产业协同,方能在关键核心技术上实现从跟跑、并跑到领跑的历史性跨越。