隨著人工智慧與大語言模型對高性能、低功耗晶片的需求激增，傳統矽基電晶體微縮逼近物理極限，二維半導體材料被視為後摩爾時代的重要候選技術。中國科學家近日在二維半導體晶圓級生長領域取得重要進展，開發出生長速度提升1000倍的新方法，為產業應用奠定基礎。然而，技術路線中“缺p型”材料的瓶頸，仍是制約亞5奈米節點二維晶片發展的核心難題。二維半導體通過摻雜可形成n型（電子導電）和p型（空穴導電）兩種材料，二者需配對構成電晶體。當前，二硫化鉬、二硒化鉬等n型二維半導體較為豐富，但高性能且穩定的p型二維半導體極為稀缺。國防科技大學研究員朱夢劍在《科技日報》的報導中指出：“晶片中的電晶體需要n型和p型材料配對工作。高性能p型材料的缺乏，已成為亞5奈米節點二維半導體發展的關鍵瓶頸，也是國際科技前沿的激烈競爭領域。”二維半導體具有原子級厚度、無懸掛鍵表面和優異的柵控能力，可在極短溝道長度下抑制短溝道效應，有望延續摩爾定律。此次中國團隊在生長速率上的突破，為大規模、低成本製備高品質二維晶圓提供了可行路徑。然而，從材料生長到器件整合，仍需解決p型摻雜穩定性、金屬-半導體接觸電阻等一系列工程難題。業內專家表示，若能在p型材料上取得同步突破，中國有望在下一代晶片技術競爭中佔據有利位置。 (晶片行業)

中國團隊重要突破！將為晶片技術自主可控提供關鍵材料近日，國防科技大學和中國科學院金屬研究所聯合研究團隊在新型高性能二維半導體晶圓級生長和可控摻雜領域取得重要突破，有望為後摩爾時代自主可控的晶片技術提供關鍵材料和器件支撐。相關成果近日線上發表於國際頂級期刊《國家科學評論》。據介紹，原子級厚度的二維半導體因遷移率高、帶隙可調、柵控能力強，被視為後摩爾時代晶片材料的核心候選。然而，晶格缺陷誘導的自發電子摻雜和費米能級釘扎效應，使現有二維半導體材料體系長期呈現N型材料多、P型材料少，以及N型材料性能好，P型材料性能差的結構性失衡問題。針對上述問題，研究團隊建立了以液態金/鎢雙金屬薄膜為襯底的化學氣相沉積方法，實現了晶圓級、摻雜可調的單層WSi2N4（氮化鎢矽）薄膜的可控生長。新的製備方法讓二維材料的單晶區域尺寸達到了亞毫米等級，生長速率較已有文獻報導值高出約1000倍。在電晶體性能方面，單層WSi2N4不僅空穴遷移率高、開態電流密度大，強度高、散熱好，化學性質也很穩定，綜合性能在同類二維材料中表現突出。該研究結果表明，單層WSi2N4在二維半導體CMOS積體電路中具有廣闊的應用前景，有望為後摩爾晶片技術開闢新的途徑。 (上海證券報)

在復旦大學整合晶片與系統全國重點實驗室的淨化間裡，身穿實驗服的科研人員正向《中國科學報》記者展示手中的晶片。二十幾塊金黃色的晶片整齊排列在透明的托盤上，看起來平平無奇，其中卻隱藏著大玄機。每塊晶片都整合了5900個基於二維半導體材料的電晶體，這是目前國際上二維邏輯功能最大規模的驗證紀錄，較此前最高紀錄115個電晶體，一舉提高了51倍。復旦大學教授周鵬、研究員包文中聯合團隊突破了二維半導體電子學整合度瓶頸，完成了從材料到架構再到流片的全鏈條自主研發，成功研製出全球首款基於二維半導體材料的32位RISC-V架構微處理器。團隊將之命名為“無極”（WUJI），寓意從無到有、沒有極限。研究藝術效果圖。在32位輸入指令的控制下，“無極”可以實現最大為42億的資料間的加減運算，支援GB級資料儲存和訪問，以及最長達10億條精簡指令集的程序編寫。4月2日，相關成果發表於《自然》。讓電晶體“最終形態”走出實驗室“說起這項研究成果，要追溯到10年前。”包文中回憶道。2015年7月，包文中加入復旦大學微電子學院，一頭紮進晶圓級二維半導體的可控生長及其實際應用研究中。這一年，距離二維材料石墨烯的發現過去了11年，二硫化鉬（MoS2）等二維半導體材料也開始進入科學家的視野。所謂二維（2D），是指材料只在平面延展。厚度僅一到幾個原子層，這一“超薄”特性使此類材料展現出非常獨特的電子和光學性質，在奈米電子學、光電子學、柔性器件、感測器等領域具有潛在的應用價值。MoS2則是最熱門的二維半導體材料之一，由於具有天然帶隙且帶隙類型可調節，其在電晶體和光電器件製造中獨具優勢。包文中指出：“在奈米尺度下，矽材料並不是最好的溝道材料。面對摩爾定律逼近物理極限這一全球性挑戰，二維半導體是目前國際公認的破局關鍵，可以認為是電晶體的‘最終形態’。”然而，單個電晶體和能夠使用的積體電路之間仍隔著萬水千山。好比一位小提琴演奏家的獨奏水平非常高，而幾十個同樣優秀的人組成一支交響樂團，需要排練很長時間才能合奏出悅耳的曲子。倘若人數增加到上萬人甚至上億人，難度就呈指數級增長了。因此，儘管MoS2做成的單個電晶體的“個人能力”已廣受認可，但由於遭遇工藝精度與規模均勻性的協同良率控制等瓶頸，此前最高整合度僅停留在數百電晶體量級，始終未能跨越功能性微處理器的技術門檻。“二維半導體材料到底能不能做成晶片，性能怎麼樣？我們就是想解答學術界和產業界的這個疑惑。”周鵬告訴《中國科學報》。開闢晶片研製的新路2021年，課題交到了復旦大學博士研究生敖明睿和周秀誠的手上。此前，團隊已經在工藝生產上積累了豐富的經驗，並利用化學氣相沉積法，在工業界主流12英吋晶圓上實現了MoS2均勻和單層材料的快速生長。團隊合影，左起分別為周鵬、敖明睿、周秀誠、包文中。華亭/攝所謂工欲善其事，必先利其器。工業界7奈米、2奈米等級的積體電路，離不開尖端的光刻機等裝置。團隊的目標是一個面向工業生產的積體電路系統，但所用大多為科研等級的儀器，在硬體不夠給力的情況下，他們只能主動適應，不斷從試錯中積累經驗。同時，二維半導體材料極薄的特點，給加工帶來了極大的挑戰。包文中用雕塑進行類比——如果說矽材料是一塊大理石，可以用斧頭和鑿子把它雕塑成人像，二維半導體則是一塊豆腐，輕輕一碰就會把人像的胳膊或腿破壞了，必須用特殊裝置加工。“二維半導體的生產工藝是環環相扣的，不僅前一個步驟會影響後一個步驟，後一個步驟也會影響前面的步驟。”包文中說。這幾年，敖明睿和周秀誠日復一日做實驗，耐心打磨細節，一點點調參數、控制實驗室環境、最佳化工藝步驟。“我們曾在某一個步驟停了很長時間，最後分析才發現是前面某一個工藝有問題導致的。所以每完成一步工藝，我們都要做相應的測試，如果有問題就及時調整。”周秀誠補充說。值得一提的是，結合團隊以往積累的大量材料和工藝資料以及復旦大學在人工智慧（AI）方面的佈局，團隊開發了AI驅動的一貫式協同工藝最佳化技術，通過“原子級介面精準調控+全流程AI演算法最佳化”雙引擎，實現了從材料生長到整合工藝的精準控制。“利用AI演算法推薦的組合，我們能夠更高效地在實驗室裡把晶片做出來。”包文中表示。於是，在成員的共同努力以及新技術的加持下，團隊最終破解了二維材料-接觸-柵介質-後道工藝的精確耦合調控難題，並利用原子級精度的加工和表徵技術，驗證了規模化的數位電路。研究圖示。復旦大學供圖“這並不是一個顛覆性的整體變化。就像建造一棟辦公樓，地基和主體都和原來一樣，只是中間有幾層被用作商場而不是辦公室，需要專門設計。”包文中介紹，“無極”的整合工藝中有70%左右可直接沿用現有矽基產線成熟技術，其餘核心的二維特色工藝，則結合了團隊自主設計的專用工藝裝置和體系，包含20余項工藝發明專利。一個個測試資料都表明，“無極”的整合工藝最佳化和規模化電路程度，均達到國際同期最優水平。包文中自信地說：“我們利用國產半導體裝置和開源RISC-V架構，不依賴先進的EUV光刻機，而是融合了自主研發的二維半導體全套整合工藝，為開闢一條中國全新的晶片自主研發之路奠定了基礎。”二維半導體不會取代矽”“正如地鐵出現以後，公車依然有價值，二維半導體晶片和矽基晶片是互補的關係。”周鵬表示，“‘無極’採用微米級工藝，其功耗和奈米級晶片功耗相當，如果採用更好的光刻機裝置，功耗將進一步降低，將來在對低功耗有更高要求的裝置上更具優勢。”周鵬同時強調：“‘無極’只是概念驗證原型，整體性能和目前的商用晶片仍存在一定距離，當前並不具備市場優勢。”目前，團隊正為“無極”的轉化落地努力。一方面，他們將進一步提升二維電子器件的性能和整合度，突破當前電晶體整合度瓶頸，使其在更多應用場景中具備更強的競爭力。另一方面，在產業化處理程序上，團隊加強與現有矽基產線技術的結合，推動核心二維特色工藝的產業化應用，並與相關企業和機構合作，使其盡快在實際產品中發揮作用。包文中表示，過去幾十年間，積體電路的發展為二維半導體晶片的產業化發展積累了豐富經驗，“有理由相信，二維半導體晶片性能可以在較短時間內追上矽基晶片，最終形成和矽基晶片長期共存、應用互補的局面”。 (中國科學報)

在政策支援、周期反轉、增量創新、中國國產替代等多方面利多帶動下，半導體有望在下一階段迎來更好的表現。全球最大規模二維半導體微處理器發佈據科技日報，近期，復旦大學周鵬/包文中聯合團隊突破二維半導體電子學整合度瓶頸，成功研製全球首款基於二維半導體材料的32位RISC-V架構微處理器「無極（WUJI）」。相關成果以《基於二維半導體的RISC-V32位元微處理器》為題發表於國際頂尖期刊《自然》。據悉，經過五年技術攻關和迭代，復旦大學周鵬、包文中聯合團隊取得突破性成果：無極處理器通過自主創新的特色整合工藝，通過開源簡化指令集計算架構（RISC-V），在國際上實現了二維邏輯功能最大規模驗證紀錄（整合5900個晶體管），完成了從材料到架構再到流片的全電自主架構。團隊用微米級的工藝做到奈米級的功耗，而極低功耗的CPU可以幫助人工智慧更廣泛應用。周鵬表示，團隊創新開發了AI驅動工藝優化技術，透過「原子級介面精確調節+全流程AI演算法優化」雙引擎，實現了從材料生長到整合工藝的精確控制，可以迅速確定參數優化窗口，提升晶體管良率。半導體自主可控迫在眉睫半導體被譽為現代工業的“糧食”，在電子、通訊、電腦等領域發揮著舉足輕重的作用。中國是全球最大的半導體市場，佔全球市場份額近三分之一。資料顯示，2024年中國積體電路出口額達1,595.5億美元，年增17.4%，創下歷年新高；中國積體電路進口額達3,857.9億美元，年增10.5%。由此計算，2024年中國積體電路產業貿易逆差金額為2,262.4億美元。在眾多進口來源地中，日本為中國半導體製造裝置第一大進口來源。資料顯示，2024年，中國自日本進口半導體製造裝置為129.5億美元，較去年同期成長21.9%。據新華社，針對日本政府4月3日宣佈對十餘種半導體相關物項實施出口管制，商務部新聞發言人4月3日回應說，中方注意到有關情況。半導體產業是高度全球化的領域，一段時間以來，個別國家泛化國家安全概念，濫用出口管制措施，對中國半導體等產業實施制裁打壓，嚴重威脅全球半導體產業鏈供應鏈穩定，中方對此堅決反對。日本在全球半導體產業中佔據重要地位，尤其是在半導體材料和半導體裝置領域，其技術實力和市場份額均處於全球領先水準。此番日本對半導體相關物項實施出口管制，將促進中國半導體裝置的國產替代化處理程序。中信證券認為，展望2025年，全球半導體產業規模可望持續成長，雲端算力高景氣可望持續，同時期待端側AI成為拉動半導體產業繼續上行的新成長點。國內半導體產業作為科技新質生產力的底層基座，在政策支援、周期反轉、增量創新、國產替代等多方面利多帶動下，同時在端側AI領域參與度更高的影響下，預計在下一階段迎來更好的表現。多隻半導體龍頭股業績高成長透過觀察業績資料，可以發現，不少半導體龍頭公司業績已經出現復甦現象。據證券時報·資料寶統計，依年報、業績快報、預告淨利潤下限（無下限則取公告數值）計算，2024年淨利潤為正值且同比增長（含扭虧為盈）的半導體股有71隻。上海貝嶺、普冉股份、天嶽先進、士蘭微、江波龍、佰維儲存、甬矽電子等股淨利潤扭虧為盈。以佰維儲存為例，公司預計2024年淨利潤為1.6億元至2億元，去年同期虧損6.24億元。報告期間內，儲存產業復甦，公司大力拓展國內外一線手機和PC客戶，實現了市場與業務的成長突破，產品銷量較去年同期大幅提升。本公司的ePOP等代表性儲存產品表現出色，已進入Meta、Rokid、雷鳥創新、閃極等國內外知名AI/AR眼鏡廠商。海光資訊、北方華創、韋爾股份、瀾起科技、兆易創新、瑞芯微等行業龍頭公司在下遊行業需求改善的背景下，業績取得大幅增長。如海光資訊，公司2024年實現淨利潤19.31億元，年增52.87%。報告期內，公司進一步拓展產品的應用領域，不斷擴大市場份額，支援了廣泛的資料中心、雲端運算、人工智慧等複雜應用場景，促進了公司業績的較快成長。從二級市場表現來看，部分業績高成長股處於超跌狀態。根據資料寶統計，上述淨利潤成長率超30%的半導體股中，以4月3日收盤價與2024年以來高點相比，29股回撤幅度超20%。捷捷微電、上海貝嶺、聯芸科技、珂瑪科技、中晶科技等回檔幅度靠前。從估值水準來看，這29股中，市淨率低於3倍的僅5隻，分別是華天科技、晶合整合、神工股份、賽微微電、通富微電。（中國基金報）