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2029年量產首款芯片！二維半導體工程化驗證示范工藝線在滬啟動

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【2029年量產首款芯片！二維半導體工程化驗證示范工藝線在滬啟動】2029年量產首款芯片！二維半導體工程化驗證示范工藝線在滬啟動

二維半導體研發工藝參數的復雜性遠超傳統硅基工藝 。
二維半導體是一類具有單原子層或少原子層厚度的材料 ， 它們具有優異的電學、光學和機械性能 ， 以及可調控的多自由度特性 。 這些特性使得二維半導體在未來輕薄、快速、靈敏的電子器件中具有顯著優勢 。 二維半導體的應用前景非常廣闊 ， 它們被認為是硅基材料的有力替代者 ， 有望在多種應用場景中展現出巨大的潛力 。
例如 ， 二維半導體可以用于制造場效應晶體管 ， 其溝道長度有望縮小至2納米 。此外 ， 它們在異質集成、三維集成等領域也具有良好的發展前景 。超薄厚度：單原子層或少原子層的厚度 ， 有助于制造更輕、更薄的器件 。優異的電學性能：如高遷移率 ， 有助于提高器件的速度和靈敏度 。優異的光學性能：如高透明度 ， 適用于光電器件 。
隨著摩爾定律逼近物理極限 ， 二維半導體是目前國際公認的破局關鍵 ， 業界探索如何將二維半導體材料應用于集成電路中 。 6月13日 ， 原集微科技（上海）有限公司（以下簡稱：原集微）宣布啟動二維半導體工程化驗證示范工藝線 。 原集微計劃2026年實現硅基28納米性能的二維半導體集成芯片 ， 并實現和硅基材料的異質集成 ， 2029年全球量產首款基于二維材料的低功耗邊緣算力芯片 。
原集微由復旦大學微電子學院研究院研究員包文中2025年創辦 。 集成電路進入3nm以下技術節點 ， 傳統芯片制造技術面臨極大挑戰 。 當傳統三維半導體材料的厚度減薄到5nm及以下時 ， 表面由于存在懸掛鍵 ， 其造成的散射導致器件遷移率降低 ， 閾值電壓難以精確調控 ， 從而導致電流控制能力降低、工藝復雜度提升 。
而二維半導體由于其天然的原子級厚度和表面無懸掛鍵的獨特屬性 ， 電子能在原子厚度的平面內無損輸運 ， 并能被優良調控 ， 具有柵控能力強、功耗低、工藝簡化等優勢 ， 有利于晶體管的尺寸微縮 。 “晶體管就像水管 ， 評價一個晶體管的好壞 ， 就要看水管開的時候水流非常大 ， 關的時候一滴水都不能漏 。 ”包文中表示 ， 二維半導體表面光滑無缺陷 ， 就像內壁光滑的水管 ， 能夠良好控制開和關 。 同時 ， 二維半導體只有單個原子層厚度 ， 厚度決定了未來先進制程的器件性能 。
包文中2006年開始從事二維材料的電子器件基礎和應用研究 ， 2015年在復旦大學搭建世界首條二維半導體專用試驗線 ， 推動二維半導體材料在工程實際應用的關鍵技術研究 。 今年4月 ， 復旦大學集成芯片與系統全國重點實驗室周鵬、包文中聯合團隊成功研制全球首款基于二維半導體材料的32位RISC-V架構微處理器“無極” ， 該成果突破二維半導體電子學工程化瓶頸 ， 首次實現5900個晶體管的集成度 ， 相關成果發表于《自然》期刊 。
聯合團隊開發AI驅動的一貫式協同工藝優化技術 ， 通過“原子級界面精準調控+全流程AI算法優化”實現精準控制 。 包文中曾表示 ， 二維半導體研發工藝參數的復雜性遠超傳統硅基工藝 。 二維半導體作為一種最薄的半導體形態 ， 必須采用更溫和、精細的工藝方法進行“雕刻” ， “如果把制造硅基芯片比作在石頭上雕刻 ， 那么二維芯片就是在一塊豆腐上雕花 。 ”
目前 ， 原集微計劃利用工程化驗證示范工藝線 ， 圍繞二維半導體材料 ， 重點突破大面積高質量二維單晶晶圓的材料和工藝協同優化 ， 攻克二維半導體材料和硅基工藝的兼容性問題 ， 開發二維集成電路關鍵核心工藝 。 “這么多年 ， 我們都在研究器件工藝 ， 而工藝研究在學術界的性價比較低 ， 因為發不了太好的論文 。 但我們一直在啃硬骨頭 ， 啃完以后把這些單步工藝全部聯立起來 ， 只有集成工藝優化好了 ， 良率提升了 ， 才能做出真正的芯片 。 ”包文中表示 。
上海市科委有關部門負責人表示 ， 在全球半導體產業經歷重大變革之際 ， 二維半導體作為后摩爾時代的關鍵材料 ， 承載著突破芯片性能瓶頸、重塑產業競爭格局的重要使命 。 為培育二維半導體未來產業 ， 市科委高度重視二維半導體前沿技術的前瞻性布局 ， 近年來持續支持材料制備、器件工藝、集成技術等關鍵核心技術攻關 ， 推動產學研深度融合 。 同時將積極搭建公共服務平臺 ， 為企業提供技術研發、中試驗證、檢驗認證等一站式服務 。 建設重點產業園區 ， 通過產業基金引導、稅收優惠、土地保障等政策 ， 吸引產業鏈上下游企業集聚發展 ， 打造專業化的二維半導體產業聚集地 ， 形成協同創新的產業生態 。
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