**北大团队实现芯片领域重要突破：新型二维半导体材料有望破解摩尔定律瓶颈**
【北京，2024年6月15日】—— 在全球半导体产业面临物理极限与技术瓶颈的关键时刻，北京大学集成电路学院研究团队近日宣布在芯片基础材料领域取得重大突破。该团队成功开发出一种基于二维过渡金属硫族化合物（TMDs）的高性能晶体管器件，并在国际顶级学术期刊《自然·电子学》（Nature Electronics）上发表相关成果。这一进展被业内专家视为有望突破传统硅基芯片性能极限、延续摩尔定律的重要一步。
长期以来，摩尔定律——即集成电路上可容纳的晶体管数量每18至24个月翻一番——被视为推动信息技术革命的核心驱动力。然而，随着晶体管尺寸逼近1纳米物理极限，传统硅基材料在功耗、散热和量子隧穿效应等方面遭遇严峻挑战。业界普遍认为，若无法在新材料或新架构上取得突破，摩尔定律或将走向终结。在此背景下，寻找可替代硅的新型半导体材料成为全球科研竞争的焦点。
北京大学集成电路学院院长、国家杰出青年科学基金获得者黄如院士领衔的研究团队，聚焦于二维材料这一前沿方向，经过近五年系统性攻关，成功解决了二维半导体在实际芯片应用中的多项关键技术难题。团队首次实现了基于单层二硫化钼（MoS₂）的高迁移率、低接触电阻晶体管，并在300毫米晶圆级上完成工艺集成验证，展现出优异的电学性能与可扩展性。
“我们最大的突破在于解决了二维材料与金属电极之间的‘肖特基势垒’问题，”项目核心成员、北大微纳电子学系副教授李明博士在接受本报专访时表示，“传统方法中，二维材料与金属接触时会产生高阻界面，严重限制载流子注入效率。我们通过原子级精准调控界面化学态，引入新型合金接触结构，将接触电阻降低至每微米100欧姆以下，接近甚至优于先进硅基FinFET器件的水平。”
据论文数据显示，该团队研制的MoS₂晶体管在栅长仅为20纳米的条件下，开关比超过10⁸，亚阈值摆幅接近理论极限（60 mV/dec），且在室温下展现出高达85 cm²/V·s的电子迁移率——这一数值远超此前同类二维器件的记录，已接近部分体硅材料的性能。更关键的是，该工艺兼容现有CMOS制造流程，为未来大规模产业化铺平了道路。
此次突破不仅具有理论意义，更具备明确的产业转化前景。当前，全球半导体巨头如英特尔、台积电、三星等均在积极布局二维材料研发。2023年，美国《芯片与科学法案》特别将“后硅时代材料”列为国家战略重点。而中国“十四五”规划亦明确提出要加快关键核心技术攻关，突破高端芯片“卡脖子”环节。北大团队的成果恰逢其时，为我国在下一代半导体技术赛道上争取战略主动提供了重要支撑。
值得注意的是，该研究并非孤立的技术展示，而是依托于北京大学牵头建设的“国家集成电路产教融合创新平台”。该平台整合了中芯国际、华为、长江存储等产业链上下游企业资源，形成了从基础研究到中试验证的完整创新链条。据悉，团队已与国内某头部晶圆厂合作，启动基于该技术的原型芯片流片工作，预计在未来18个月内完成功能验证。
业内专家对此给予高度评价。中国科学院院士、半导体物理学家刘明指出：“北大这项工作在材料、器件和工艺三个层面实现了协同创新，尤其在晶圆级集成方面迈出实质性步伐。这标志着我国在二维半导体领域已从‘跟跑’转向‘并跑’甚至局部‘领跑’。”
然而，挑战依然存在。二维材料的大面积均匀生长、缺陷控制、长期可靠性等问题仍需进一步攻克。此外，从实验室原型到量产芯片，还需经历严苛的良率提升与成本优化过程。对此，黄如院士表示：“我们清醒认识到，基础研究只是万里长征第一步。下一步，团队将联合产业界，聚焦工程化落地，力争在5年内推动该技术进入特定应用场景，如低功耗物联网芯片或高频射频前端。”
在全球科技竞争日益激烈的背景下，芯片作为现代工业的“粮食”，其自主可控关乎国家安全与经济发展。近年来，我国在芯片设计、制造装备等领域持续投入，但在基础材料层面仍存在短板。北大此次突破，不仅为延续摩尔定律提供新路径，更彰显了原始创新在解决“卡脖子”问题中的核心作用。
分析人士认为，若该技术顺利产业化，有望在人工智能边缘计算、6G通信、可穿戴设备等对能效比要求极高的新兴领域率先应用。相较于传统硅基芯片，基于二维材料的器件可在更低电压下运行，显著降低功耗，同时因材料厚度仅原子级别，可实现更高密度的三维堆叠集成，为算力提升开辟新维度。
目前，北大团队已就相关技术申请多项国内外发明专利，并正与国际同行开展合作交流。黄如院士强调：“科学无国界，但技术有主权。我们愿以开放姿态参与全球创新网络，同时坚定走自主创新之路，为中国乃至全球半导体产业的可持续发展贡献力量。”