中國初創公司宣稱建成全球首條8英寸二維半導體中試生產線

在美國芯片限制下，中國正推動原子級厚度半導體走出實驗室，測試其能否規模化制造。

多年來，打造更快、更高效計算機芯片的競賽，始終繞不開一種設備——極紫外光刻機。這套極其復雜的系統，被認為是制造最先進硅芯片的關鍵。

受出口管制影響，中國在很大程度上被切斷了這一技術來源，這對它的半導體雄心構成重大阻礙。如今，一家名為淵濟微的上海初創公司堅信，未來的計算或許根本不需要極紫外光刻機。

該公司發布了它所說的全球首條專用于二維半導體的8英寸中試生產線，這項技術最終有可能用完全不同的材料和制造方法來生產先進芯片。

芯片行業困在硅的循環里

這一發布意義重大，因為半導體行業正遭遇一個根本性難題。幾十年來，芯片制造商通過不斷縮小晶體管——處理信息的微小開關——來提升性能。

然而，當這些元件的尺寸逼近原子尺度時，制造難度和成本急劇攀升。它們還面臨不希望的漏電問題，即晶體管理應關斷時，電流仍在繼續流動。

這種漏電浪費能量并產生熱量。全球研究人員一直在探索傳統硅的替代方案，二維材料由此成為最有潛力的方向之一。

二維半導體由僅一個或幾個原子厚度的材料制成。與形成三維晶體結構的傳統硅不同，二維材料中的電子主要在超薄層內運動，這正是其“二維”名稱的由來。

得益于這一獨特結構，二維晶體管即便在極小的尺度下也能保持優異的電學性能，而傳統硅器件在如此小的尺寸下會變得越來越難以控制。

淵濟微董事長包文中告訴媒體：“與傳統硅基芯片相比，二維半導體具有多項潛在優勢。由于二維材料原子級的厚度，二維半導體中的晶體管可以做得更小，而不必依賴日益復雜的晶體管結構。”

另一個優勢可能出現在二維半導體與三維芯片堆疊技術結合之后。因為材料極薄，多層電子電路有望更高效地堆疊，從而在不顯著增加芯片占用面積的情況下，提升計算能力和存儲密度。

然而，研究人員對這些材料已研究了十多年，但將其從實驗室樣品放大到晶圓級制造卻異常困難。這也是芯片行業至今仍嚴重依賴硅晶體管的原因之一。

從實驗臺到工廠車間

淵濟微的研究人員并非發明了一種新材料，而是打造了一套能把實驗室研究轉化為真實芯片的工業流程。據該公司介紹，這條新的中試線覆蓋從二維半導體材料制備到集成至成品器件的完整制造鏈。

它還支持流片，即芯片設計轉入生產前的最后階段。這一進展直指二維半導體研究的最大障礙之一——證明這些原子級厚度的材料能夠以芯片行業所需的規模持續穩定制造。

此前的研究已表明，二維材料可用來構建高性能電子器件，研究人員最近也展示了晶圓級生長和制備這些超薄材料的方法。

然而，這些努力大多側重于證明技術的可行性，而非打造一條完全運轉的生產管線。將實驗室的演示變為可重復的制造工藝，需要解決更多挑戰，包括材料制備、器件制造和芯片集成。

淵濟微表示，其新的8英寸中試線正是為了彌合這一鴻溝，將芯片生產的多個階段匯集到同一個平臺上。公司的進一步目標是利用這一制造基地開發先進工藝，在不依賴極紫外光刻的情況下，到2029年實現等效5納米芯片技術。

這些努力是中國尋找先進半導體制造替代路徑這一更大布局的一部分。面對美國主導的限制，中國難以獲得部分全球最先進的芯片制造工具，因此對芯片研究投入了巨資。

他們正聯合高校、國家重點實驗室、設備制造商和半導體企業，以減少對外國技術的依賴。一位直接了解機密EUV項目的匿名消息人士告訴路透社：“目標是讓中國最終能夠用完全國產的設備制造先進芯片。”

一條有希望的道路，但仍有許多障礙

盡管二維半導體令人振奮，但專家提醒，商業上的成功遠非板上釘釘。芯片制造是世界上最復雜的工業過程之一。

據報道，出席淵濟微發布會現場的行業專家強調，沒有任何一家公司能夠單打獨斗地將二維半導體商業化，因為供應鏈的每一個環節必須同步成熟。

還有一些技術問題懸而未決。雖然研究人員已在實驗室中反復演示高性能的二維晶體管，但以高可靠性制造數百萬乃至數十億個性能一致的器件仍是重大挑戰。

許多曾經被看好的半導體技術，都難以完成從研究論文到大規模量產的跨越。

盡管如此，中試生產線的啟動標志著一個重要的轉折。淵濟微沒有停留在發表實驗室成果的階段，而是在嘗試證明二維半導體可以在工業規模上制造。

如果該公司取得成功，將可能為中國提供一條通往先進芯片的道路，從而繞過半導體領域受限最為嚴格的一項技術。

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