摩尔定律逼近物理极限，具有单个原子层厚度的二维半导体是目前国际公认的破局关键，业界探索如何将二维半导体材料应用于集成电路中。6月13日，原集微科技（上海）有限公司（以下简称：原集微）宣布启动二维半导体工程化验证示范工艺线。原集微计划2026年实现硅基28纳米性能的二维半导体集成芯片，并实现和硅基材料的异质集成，2029年全球量产首款基于二维材料的低功耗边缘算力芯片。 原集微由复旦大学微电子学院研究院研究员包文中2025年创办。集成电路进入3nm以下技术节点，传统芯片制造技术面临极大挑战。当传统三维半导体材料的厚度减薄到5nm及以下时，表面由于存在悬挂键，其造成的散射导致器件迁移率降低，阈值电压难以精确调控，从而导致电流控制能力降低、工艺复杂度提升。 而二维半导体由于其天然的原子级厚度和表面无悬挂键的独特属性，电子能在原子厚度的平面内无损输运，并能被优良调控，具有栅控能力强、功耗低、工艺简化等优势，有利于晶体管的尺寸微缩。“晶体管就像水管，评价一个晶体管的好坏，就要看水管开的时候水流非常大，关的时候一滴水都不能漏。”包文中表示，二维半导体表面光滑无缺陷，就像内壁光滑的水管，能够良好控制开和关。同时，二维半导体只有单个原子层厚度，厚度决定了未来先进制程的器件性能。 包文中2006年开始从事二维材料的电子器件基础和应用研究，2015年在复旦大学搭建世界首条二维半导体专用试验线，推动二维半导体材料在工程实际应用的关键技术研究。今年4月，复旦大学集成芯片与系统全国重点实验室周鹏、包文中联合团队成功研制全球首款基于二维半导体材料的32位RISC-V架构微处理器“无极”，该成果突破二维半导体电子学工程化瓶颈，首次实现5900个晶体管的集成度，相关成果发表于《自然》期刊。 联合团队开发AI驱动的一贯式协同工艺优化技术，通过“原子级界面精准调控+全流程AI算法优化”实现精准控制。包文中曾表示，二维半导体研发工艺参数的复杂性远超传统硅基工艺。二维半导体作为一种最薄的半导体形态，必须采用更温和、精细的工艺方法进行“雕刻”，“如果把制造硅基芯片比作在石头上雕刻，那么二维芯片就是在一块豆腐上雕花。” 目前，原集微计划利用工程化验证示范工艺线，围绕二维半导体材料，重点突破大面积高质量二维单晶晶圆的材料和工艺协同优化，攻克二维半导体材料和硅基工艺的兼容性问题，开发二维集成电路关键核心工艺。“这么多年，我们都在研究器件工艺，而工艺研究在学术界的性价比较低，因为发不了太好的论文。但我们一直在啃硬骨头，啃完以后把这些单步工艺全部联立起来，只有集成工艺优化好了，良率提升了，才能做出真正的芯片。”包文中表示。 上海市科委有关部门负责人表示，在全球半导体产业经历重大变革之际，二维半导体作为后摩尔时代的关键材料，承载着突破芯片性能瓶颈、重塑产业竞争格局的重要使命。为培育二维半导体未来产业，市科委高度重视二维半导体前沿技术的前瞻性布局，近年来持续支持材料制备、器件工艺、集成技术等关键核心技术攻关，推动产学研深度融合。同时将积极搭建公共服务平台，为公司提供技术研发、中试验证、检验认证等一站式服务。建设重点产业园区，通过产业基金引导、税收优惠、土地保障等政策，吸引产业链上下游公司集聚发展，打造专业化的二维半导体产业聚集地，形成协同创新的产业生态。
