**北大團隊實現芯片領域重要突破：新型二維半導體材料有望破解摩爾定律瓶頸**

【北京，2024年6月15日】—— 在全球半導體產業面臨物理極限與技術瓶頸的關鍵時刻，北京大學集成電路學院研究團隊近日宣布在芯片基礎材料領域取得重大突破。該團隊成功開發出一種基于二維過渡金屬硫族化合物（TMDs）的高性能晶體管器件，并在國際頂級學術期刊《自然·電子學》（Nature Electronics）上發表相關成果。這一進展被業內專家視為有望突破傳統硅基芯片性能極限、延續摩爾定律的重要一步。

長期以來，摩爾定律——即集成電路上可容納的晶體管數量每18至24個月翻一番——被視為推動信息技術革命的核心驅動力。然而，隨著晶體管尺寸逼近1納米物理極限，傳統硅基材料在功耗、散熱和量子隧穿效應等方面遭遇嚴峻挑戰。業界普遍認為，若無法在新材料或新架構上取得突破，摩爾定律或將走向終結。在此背景下，尋找可替代硅的新型半導體材料成為全球科研競爭的焦點。

北京大學集成電路學院院長、國家杰出青年科學基金獲得者黃如院士領銜的研究團隊，聚焦于二維材料這一前沿方向，經過近五年系統性攻關，成功解決了二維半導體在實際芯片應用中的多項關鍵技術難題。團隊首次實現了基于單層二硫化鉬（MoS?）的高遷移率、低接觸電阻晶體管，并在300毫米晶圓級上完成工藝集成驗證，展現出優異的電學性能與可擴展性。

“我們最大的突破在于解決了二維材料與金屬電極之間的‘肖特基勢壘’問題，”項目核心成員、北大微納電子學系副教授李明博士在接受本報專訪時表示，“傳統方法中，二維材料與金屬接觸時會產生高阻界面，嚴重限制載流子注入效率。我們通過原子級精準調控界面化學態，引入新型合金接觸結構，將接觸電阻降低至每微米100歐姆以下，接近甚至優于先進硅基FinFET器件的水平。”

據論文數據顯示，該團隊研制的MoS?晶體管在柵長僅為20納米的條件下，開關比超過10?，亞閾值擺幅接近理論極限（60 mV/dec），且在室溫下展現出高達85 cm²/V·s的電子遷移率——這一數值遠超此前同類二維器件的記錄，已接近部分體硅材料的性能。更關鍵的是，該工藝兼容現有CMOS制造流程，為未來大規模產業化鋪平了道路。

此次突破不僅具有理論意義，更具備明確的產業轉化前景。當前，全球半導體巨頭如英特爾、臺積電、三星等均在積極布局二維材料研發。2023年，美國《芯片與科學法案》特別將“后硅時代材料”列為國家戰略重點。而中國“十四五”規劃亦明確提出要加快關鍵核心技術攻關，突破高端芯片“卡脖子”環節。北大團隊的成果恰逢其時，為我國在下一代半導體技術賽道上爭取戰略主動提供了重要支撐。

值得注意的是，該研究并非孤立的技術展示，而是依托于北京大學牽頭建設的“國家集成電路產教融合創新平臺”。該平臺整合了中芯國際、華為、長江存儲等產業鏈上下游企業資源，形成了從基礎研究到中試驗證的完整創新鏈條。據悉，團隊已與國內某頭部晶圓廠合作，啟動基于該技術的原型芯片流片工作，預計在未來18個月內完成功能驗證。

業內專家對此給予高度評價。中國科學院院士、半導體物理學家劉明指出：“北大這項工作在材料、器件和工藝三個層面實現了協同創新，尤其在晶圓級集成方面邁出實質性步伐。這標志著我國在二維半導體領域已從‘跟跑’轉向‘并跑’甚至局部‘領跑’。”

然而，挑戰依然存在。二維材料的大面積均勻生長、缺陷控制、長期可靠性等問題仍需進一步攻克。此外，從實驗室原型到量產芯片，還需經歷嚴苛的良率提升與成本優化過程。對此，黃如院士表示：“我們清醒認識到，基礎研究只是萬里長征第一步。下一步，團隊將聯合產業界，聚焦工程化落地，力爭在5年內推動該技術進入特定應用場景，如低功耗物聯網芯片或高頻射頻前端。”

在全球科技競爭日益激烈的背景下，芯片作為現代工業的“糧食”，其自主可控關乎國家安全與經濟發展。近年來，我國在芯片設計、制造裝備等領域持續投入，但在基礎材料層面仍存在短板。北大此次突破，不僅為延續摩爾定律提供新路徑，更彰顯了原始創新在解決“卡脖子”問題中的核心作用。

分析人士認為，若該技術順利產業化，有望在人工智能邊緣計算、6G通信、可穿戴設備等對能效比要求極高的新興領域率先應用。相較于傳統硅基芯片，基于二維材料的器件可在更低電壓下運行，顯著降低功耗，同時因材料厚度僅原子級別，可實現更高密度的三維堆疊集成，為算力提升開辟新維度。

目前，北大團隊已就相關技術申請多項國內外發明專利，并正與國際同行開展合作交流。黃如院士強調：“科學無國界，但技術有主權。我們愿以開放姿態參與全球創新網絡，同時堅定走自主創新之路，為中國乃至全球半導體產業的可持續發展貢獻力量。”