科技日报记者 李均
随着启动按钮按下，全国首条二维半导体工程化示范工艺线日前正式点亮。这条占地约1000平方米的示范线位于上海浦东新区，由原集微科技（上海）有限公司（以下简称“原集微科技”）建设。它不仅是国内首个面向二维半导体的工程化中试产线，更标志着世界首个二维半导体处理器“无极”背后的技术，正式从实验室走向产业界。现场展示的基于该工艺线生产的首批验证产品，则表明我国二维半导体技术已具备从科研走向规模化制造的基础条件。
“过去几十年间，半导体产业的发展为二维半导体提供了丰富的可借鉴经验。”原集微科技创始人包文中在接受科技日报记者专访时说，“我们有理由相信，二维半导体的器件性能可以在较短时间内追上硅基，最终形成和硅基半导体长期共存、应用互补的局面。”
打破硅基桎梏的“超薄新势力”
原集微科技成立于2025年2月，是国内首家专注于二维半导体集成电路制造的高技术企业。该公司由复旦大学微电子学院研究员包文中创办，系复旦大学科技成果转化衍生公司。
工欲善其事，必先利其器。2025年4月，复旦大学教授周鹏、研究员包文中联合团队，发布了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”。两个月后，二维半导体工程化示范线正式启动建设。根据规划，该示范线将于今年6月实现通线运行，预计今年底前将实现等效硅基90纳米 CMOS制程和Mb级存储器，并结合先进封装技术与硅基融合，开展存算一体产品的小批量生产。
二维半导体为何在近两年突然加速产业化？这与其材料特性紧密相关。它是一种仅在平面延展、厚度仅为1至3个原子的半导体材料，电子被约束在二维平面内自由运动，由此展现出诸多独特物理特性。而放眼目前主流半导体产业，仍以三维体材料硅为核心，随着硅基晶体管尺寸不断逼近物理极限，制造工艺复杂度呈指数级上升。包文中用通俗的语言解释了硅基半导体的困境，“晶体管就像是根受水龙头控制的‘水管’，‘水流’就是电子。当‘水管’越做越小，‘水管’内壁很难加工光滑，‘水流’不畅、关不紧等问题就随之而来。”
与传统硅基半导体相比，二维半导体具备颠覆性优势。在电子传输效率上，二维材料构建的“平面电子高速公路”能让电子几乎无垂直方向散射，运动速度远超硅基材料；在功耗控制上，其天然的原子级厚度，完美解决了硅基半导体的短沟道漏电难题；在材料体系上，二维半导体以二硫化钼、二硒化钨等过渡金属硫族化合物为核心，材料来源丰富，为半导体产业提供了全新技术路径。
当前，二维半导体相关研究取得诸多进展。在上海，周鹏、包文中联合团队成功研制的“无极”相关成果，已于2025年4月发表于《自然》。不少高校和科研院所也有相关研究论文或成果诞生。在产业界，英特尔、三星、台积电、欧洲微电子中心，也已将二维半导体列为1纳米节点后延续摩尔定律的核心技术方案。
在上述背景下，全国首条二维半导体工程化示范工艺线的点亮，为二维半导体的“换道加速”吹响了号角。在技术兼容性上，“无极”处理器的集成工艺中70%可直接沿用现有硅基产线成熟技术，同时，核心二维特色工艺已构建20余项发明专利，形成了自主技术体系。原集微电子总经理喻涛认为，“这条线的价值就在于证明我们不仅能做顶级科研，而且能把产业界认可的产品真正做出来。”
产业化仍需跨越双重难关
“晶圆级二维半导体材料的缺陷还比较多，材料还需要协同优化。”包文中介绍，二维半导体材料具有极薄的特点，给加工带来的挑战也很大。他进一步用雕塑进行类比——如果说硅材料是一块花岗岩，可用斧头和凿子把它雕塑成人像，二维半导体则是一块豆腐，轻轻一碰就会破坏人像的胳膊或腿，因此必须特别小心，甚至使用特殊加工设备。
面对二维半导体上百道工艺参数的复杂耦合难题，包文中团队创新性地采用“原子级界面精准调控+全流程AI算法优化”双引擎技术，通过机器学习高效筛选最优工艺参数组合，大幅提升了实验效率和工艺稳定性。
业内专家指出，二维半导体要真正实现产业化，仍需迈过材料、生态等关键难关。材料制备的规模化与均匀性是首要挑战，产业生态的构建则是更长期的考验。当前，针对二维半导体的器件模型、设计规则、工艺设计套件尚未建立，上下游产业链也未形成闭环。从专用设备的研发、封装测试技术的适配，到终端应用场景的开发，都需要跨领域协同创新。
从实验室成果到工程化示范，二维半导体在上海迈出了产业化的关键一步。包文中说：“我们完全借助国内基础研究上的优势，提前开始二维半导体产业化的尝试。”未来，随着产业化技术的持续迭代和生态的逐步完善，二维半导体有望成为我国半导体产业的重要技术路线并加速发展。
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