突破摩尔定律:二维半导体迈入晶圆级集成时代

当硅基芯片制程逼近原子尺度极限,漏电、发热等难题成为摩尔定律延续的“拦路虎”,二维半导体以原子级厚度、高迁移率的独特优势,成为后硅时代的核心突破口。如今,晶圆级集成技术的成熟,正推动二维半导体从实验室走向产业化,为摩尔定律的持续延伸注入新动能。

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二维半导体的晶圆级集成突破了传统制备的核心瓶颈。此前,二维材料的大面积制备始终面临均匀性差、缺陷率高、堆垛结构难控制等难题。中国科研团队接连取得关键进展:南京大学团队实现晶圆级菱方相二硫化钼的同质外延生长,3R相占比接近100%,为新型存储器研发奠定基础;北京大学团队首创“蒸笼法”,通过固-液-固相变策略实现高质量硒化铟晶圆制备,其晶体管性能超3纳米硅基芯片3倍。更重要的是,中科院物理所开发的直接键合技术,解决了二维材料转移过程中的污染与损伤问题,实现与主流半导体工艺的兼容。

这一突破重构了芯片制造的技术范式。与硅基芯片需1500步以上的繁琐加工不同,二维半导体可省去80%的工艺步骤,无需依赖极紫外光刻机,仅用成熟设备就能实现等效先进制程。以上海示范线为代表的工程化验证,已明确2030年前实现全国产等效1纳米工艺的路线图,2026年将完成小批量生产。这种“换道超车”路径,不仅规避了高端装备卡脖子困境,更让芯片在低功耗、抗辐照等特性上实现跃升,适配端侧算力、航天军工等关键场景。

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晶圆级集成时代的到来,正激活全产业链生态。材料端,钼基、钨基靶材需求放量;设备端,国产CVD、刻蚀装备迎来验证窗口期;应用端,存算一体芯片、智能终端处理器等产品加速落地。预计全球二维半导体市场年复合增长率将达65%,为半导体产业开辟全新增长空间。

从实验室的单点突破到产业化的系统推进,二维半导体的晶圆级集成不仅是技术的跨越,更是全球半导体竞争格局重构的开端。随着工艺成熟与生态完善,这场材料革命将持续突破摩尔定律的物理极限,为人工智能、自动驾驶等前沿领域提供核心算力支撑,书写后硅时代的产业新篇。

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