延續半個多世紀的“摩爾定律”逼近物理極限，全球半導體產業都在焦慮地尋找技術未來。一個上海團隊帶著打磨十余年的“秘密武器”——二維半導體，交出了“上海方案”。
6月13日，復旦大學科研團隊孵化的原集微科技二維半導體工程化驗證示范工藝線在上海正式啟動，這將是國內首條投入運行的示范性工藝線。
原集微科技（上海）有限公司在二維半導體領域取得了‘從0到1’的關鍵技術突破，并成功推進至‘從1到10’的產學研轉化階段，當下正致力于打通‘從10到100’的產品商業化道路，有望在芯片大戰中開辟出全新賽道。
“摩爾定律”面臨挑戰
“晶體管是芯片的最基本元件，它就像是受水龍頭控制的水管，而水流就是電子。而當水管越做越小后，水管內壁很難加工光滑，流不暢、關不緊的問題就隨之而來。”復旦大學微電子學院研究員、原集微科技創始人包文中用水管通俗地解釋晶體管的工作原理。
這就是今天硅基芯片面臨的困境。目前主流半導體使用硅材料，隨著硅基晶體管尺寸的不斷縮小，制造工藝的難度呈指數級上升。包文中表示，這意味著硅基“摩爾定律”，即集成電路中的晶體管數量每隔18個月增加一倍的發展狀態，將走到盡頭。
復旦大學光電研究院院長褚君浩教授表示，當制程節點推進至2納米以下時，硅基芯片先進制程不僅工藝復雜度呈指數級上升，難以控制漏電，而且成本飆升。傳統硅基芯片的微縮之路愈發艱難，世界需要一種新的材料來制造更小、更強的“水管”。
“二維材料，就是完美答案。其‘原子級厚度’與獨特電子輸運特性，可有效解決這一問題，這是二維半導體材料制作芯片的優勢所在。”
“二維半導體僅需簡單的頂部電極，即可實現材料平面內全域的電子精準調控，有效抑制漏電，還為電子的流動提供了一條低阻力的二維‘高速公路’。這種超薄結構使得制造1納米及以下節點的晶體管變得更為簡單。”原集微工藝工程師告訴記者，全球半導體業內已經公認二維半導體能夠為1納米及以下節點提供新范式，在相同的制程條件下，可使芯片性能提升2至3代，為我國半導體產業實現換道超車提供了全新機遇。
“無極”達到國際最優
讓二維晶體管走到聚光燈下，靠的是幾十年的堅持。
早在2006年，包文中就開始研究二維晶體管，2015年在復旦大學繼續推進研究。通過10年的工藝積累，團隊攻克了二維集成電路制造的完整制程，建立了二維半導體工藝庫，同時還自主研發了專用設備，并搭建起二維半導體的生態體系，具備從晶圓生長、集成工藝、器件建模、電路設計，再到封裝測試的完整能力。
團隊實現了二維半導體“從0到1”的技術突破，很快迎來了“從1到10”的原型產品成功研發。今年4月，包文中和復旦大學周鵬教授組成的聯合攻關團隊，在《自然》期刊發表了重磅成果，宣布成功研制出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”。
“無極”成功集成了5900個晶體管，首次突破二維半導體電子學工程化瓶頸，創下了國際上二維邏輯芯片最大規模驗證紀錄，相關性能達到國際同期最優水平。“無極”的待機功耗僅為硅基器件的五分之一，特別適用于物聯網、邊緣計算等低功耗場景。
團隊成員還告訴記者，二維芯片的微縮度和集成度還有巨大提升空間，未來產業化后將快速縮小與硅基芯片的差距。
立志做“二維半導體的臺積電”
盡管二維半導體的產業化發展及研究仍在起步階段，但全球二維半導體產業化競賽已悄然打響。
美國新近將其列入國家微電子戰略關鍵領域，歐盟也宣布加大科研投入，臺積電等行業巨頭也在抓緊布局。包文中表示，二維半導體不僅是突破摩爾定律的關鍵，更在云端高性能計算、邊緣端低功耗算力、先進傳感器、可穿戴器件等廣泛市場中有著殺手锏級應用。
據預測，到2035年全球二維半導體市場規模將達300億—500億美元，占據先進半導體市場的10%—15%。
這也意味著，誰先掌握二維半導體技術的商業化突破，誰將優先搶占全球百億美元以上的市場。
“目前，我們在浦東新區川沙鎮建設一條工程性示范性產線，實現從實驗室到工業化‘從10到100’的跨越。”包文中表示，為加速技術轉化，研究團隊于2025年成立原集微科技，與復旦大學完成了上千萬元的技術轉化交易，組建了20余人的青年工程師團隊和10多位頂尖科學家顧問團。
“我們的目標是打造二維半導體界的‘臺積電’。”原集微計劃三年內重點突破材料與硅基工藝兼容等核心難題，建成國際領先的二維半導體示范商業化產線，依托自主技術實現1—2納米級芯片性能，率先實現二維半導體技術的商業化落地。
“二維半導體作為集成電路領域的未來產業發展方向，上海將通過產業基金引導、稅收優惠、土地保障等政策，吸引產業鏈上下游的優質企業匯聚于此，共同塑造一個專業化的二維半導體產業集聚高地，形成產業型協同創新的產業生態。”上海市科委相關負責人表示。
“未來通線后，我們也將逐步開放示范性工藝線的器件模型和工藝庫，讓全國乃至全世界有意向研發二維半導體或者二維/硅基異質集成芯片的學術團隊和產業公司，都可以委托上海這一工藝平臺來制造。”包文中表示。
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