半导体行业技术趋势 - 摩尔定律日益放缓，硅基三维晶体管制造成本指数级攀升而边际效益递减，创新重点从尺寸缩放转向功能性缩放 [2] - 二维半导体材料因原子级厚度(0.3-10nm)和范德华异质结技术成为突破瓶颈的关键，可实现10倍于FinFET的密度突破，在1nm栅长下保持10⁶开关比 [5] - 二维材料覆盖半金属/半导体/绝缘体等类型，具备宽能带范围、晶格结构可调和易集成特性，适用于存储/神经形态/量子器件等后摩尔时代应用 [7][8] - 石墨烯虽具300%速度提升潜力但零带隙限制逻辑应用，2024年外延半导体石墨烯单层技术突破实现带隙从"0"到"1"的跨越 [8][10] 二维材料产业化进展 - 2024年全球二维半导体市场规模达18亿美元，石墨烯占45%/TMDs占30%，预计2025-2030年CAGR达24%-26.5%，2030年突破45亿美元 [15] - 原集微启动首条全国产二维半导体示范线，已开发32位RISC-V处理器"无极"，集成5900个晶体管且性能提升51倍，目标三年内实现1-2nm级芯片 [16][19] - 台积电/英特尔/三星/IMEC加速布局二维半导体，重点攻关材料生长/掺杂/接触电阻等核心问题，IMEC预测2039年2DFET将成为主流 [15][52] 前沿技术突破 - 北科大开发2DCZ法生长厘米级无晶界MoS₂单晶，场效应晶体管良率高且迁移率稳定，为晶圆级制备提供新途径 [31] - 上海微系统所研制单晶氧化铝栅介质晶圆，界面态密度低至8.4×10⁹ cm⁻² eV⁻¹，击穿场强17.4 MV/cm满足国际路线图要求 [36][38] - 宾夕法尼亚州立大学实现全二维材料CMOS计算机，3V电压下频率达25kHz，功耗皮瓦级，开关能量约100pJ [39] - 南京大学团队通过DTCO优化实现GHz频率二维半导体环形振荡器，性能较前提升200倍，展示1nm节点应用潜力 [50] 材料与工艺挑战 - 材料生长面临高温(1000℃)衬底限制或转移工艺良率问题，需平衡直接生长一致性与转移成本 [53][54] - 栅极沉积因二维材料无悬挂键导致ALD困难，源漏接触电阻/掺杂调控/CMOS兼容性尚未根本解决 [55][59] - 规模化生产需提升300mm晶圆兼容性，器件可靠性/一致性要求较实验室厘米级样品大幅提高 [57][58] 发展路径展望 - 短期(3-5年)聚焦低功耗边缘计算/光电器件/柔性显示领域商业化，如原集微2029年量产计划 [65] - 中期(5-10年)替代3nm以下硅基逻辑芯片，推动能效比提升10倍并发展三维异构集成技术 [65] - 长期(10年以上)拓展至量子计算/生物电子等颠覆性领域，重构全球半导体供应链格局 [63][65]