圖為原集微科技現(xiàn)場(chǎng)展示的二維半導(dǎo)體產(chǎn)品。
很難想象，在上海浦東川沙一座看上去有些傳統(tǒng)、有些擁擠的工業(yè)園區(qū)，居然“隱居”著集成電路產(chǎn)業(yè)的未來(lái)。昨天，我國(guó)首條二維半導(dǎo)體工程化驗(yàn)證示范工藝線在這里點(diǎn)亮。
在硅基芯片日益逼近物理極限，全球競(jìng)爭(zhēng)陷入焦灼的當(dāng)下，二維半導(dǎo)體被公認(rèn)為是未來(lái)芯片的重要形態(tài)。上海這條示范線的點(diǎn)亮，意味著這一革命性技術(shù)正在走出實(shí)驗(yàn)室，沖刺產(chǎn)業(yè)化。這不僅有利于推動(dòng)集成電路行業(yè)沿著“摩爾定律”的指引繼續(xù)高速向前，更為我國(guó)通過(guò)“換道超車”突破芯片裝備和工藝瓶頸創(chuàng)造了難得的機(jī)遇。
用原子直接“搭建”集成電路
這條由原集微科技（上海）有限公司建設(shè)的示范線，如同一座縮微版的集成電路工廠。記者透過(guò)參觀通道的玻璃看到，兩座總面積近1000平方米的潔凈室里擺滿了各種半導(dǎo)體加工設(shè)備，包括光刻機(jī)。近10名身著全套防塵服、甚至連面部都包裹嚴(yán)實(shí)的技術(shù)人員，正在對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試。據(jù)透露，如果一切順利，今年年中，整條示范線將完成聯(lián)調(diào)，開始生產(chǎn)。
“我們做的，是用原子直接搭建集成電路。”原集微創(chuàng)始人，復(fù)旦大學(xué)集成芯片與系統(tǒng)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、微電子學(xué)院研究員包文中表示，二維半導(dǎo)體不僅是材料的更迭，更是對(duì)晶體管物理極限的終極挑戰(zhàn)。
當(dāng)今的集成電路制造，考驗(yàn)的是人類在納米尺度上“雕琢”晶體管的極限能力。隨著硅基芯片尺度不斷逼近原子級(jí)，漏電、發(fā)熱等負(fù)效應(yīng)橫亙?cè)诋a(chǎn)業(yè)面前，越來(lái)越難逾越。二維半導(dǎo)體技術(shù)采用了截然不同的路線，繞過(guò)了集成電路制造的最難環(huán)節(jié)——對(duì)硅基材料進(jìn)行原子級(jí)打磨，而是讓特定材料的原子自發(fā)地“生長(zhǎng)”出來(lái)，直接形成厚度低至一個(gè)或幾個(gè)原子的薄膜（近乎“二維平面”）。以這種工藝制備的芯片能完美抑制漏電，為電子流動(dòng)提供一條阻力極小的“高速公路”，加工工藝也被大大簡(jiǎn)化。
包文中介紹，相比硅基半導(dǎo)體需要1500步以上的繁瑣加工，二維半導(dǎo)體理論上可省去80%的流程，包括離子注入、外延生長(zhǎng)等；尤其在光刻環(huán)節(jié)，甚至可用低級(jí)別的光刻機(jī)，實(shí)現(xiàn)當(dāng)今最先進(jìn)的集成電路制程。對(duì)于目前在極紫外（EUV）光刻機(jī)方面被嚴(yán)重卡脖子的中國(guó)而言，這條路一旦走通，無(wú)疑具有極為重要的戰(zhàn)略意義。
5年內(nèi)靠全國(guó)產(chǎn)實(shí)現(xiàn)1納米
原集微是一家脫胎于復(fù)旦大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)的企業(yè)，成立于2025年，去年底完成了近億元的天使輪融資。創(chuàng)始人包文中在20年前就從石墨烯晶體管入手，開始研究二維半導(dǎo)體材料。
在復(fù)旦大學(xué)的一條實(shí)驗(yàn)線上，包文中和周鵬教授合作，首次突破二維半導(dǎo)體電子學(xué)工程化瓶頸，造出了全球首款基于二維半導(dǎo)體材料的32位RISC-V架構(gòu)微處理器“無(wú)極”，集成了5900個(gè)晶體管，創(chuàng)下全球二維邏輯芯片最大規(guī)模驗(yàn)證紀(jì)錄，性能達(dá)到國(guó)際同期最優(yōu)水平。相關(guān)成果在去年4月發(fā)表在國(guó)際權(quán)威期刊《自然》上，受到國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注。
包文中坦言，“無(wú)極”芯片代表了科研路線探索二維半導(dǎo)體的“天花板”。而要進(jìn)一步有所作為，實(shí)現(xiàn)“從1到10再到100”的跨越，此次點(diǎn)亮的這條示范線是至關(guān)重要的一步。
據(jù)透露，示范線在今年6月完成設(shè)備聯(lián)調(diào)“跑通”之后，將于9月前完成小批量制造，預(yù)計(jì)將用等效于硅基90納米芯片制程，制造出兆字節(jié)（MB）級(jí)存儲(chǔ)器和百萬(wàn)門級(jí)邏輯電路；今年底，將試生產(chǎn)存算融合的端側(cè)算力產(chǎn)品。
在此基礎(chǔ)上，原集微還公布了未來(lái)5年的發(fā)展路線圖：在今年實(shí)現(xiàn)等效硅基90納米的CMOS制程后，將于2027年利用成熟工藝的K線光刻機(jī)，實(shí)現(xiàn)等效硅基28納米工藝；2028年，實(shí)現(xiàn)等效硅基5納米甚至3納米工藝；最終在2029年或2030年，基于全國(guó)產(chǎn)集成電路裝備，實(shí)現(xiàn)等效1納米工藝。這一路線圖若能如期實(shí)現(xiàn)，則意味著我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)將基于自主技術(shù)，追平世界最頂尖的工藝水平，從而完成歷史性跨越。
圖為原集微科技位于浦東川沙新鎮(zhèn)的二維半導(dǎo)體工程化驗(yàn)證示范工藝線廠房。
“上海速度”刷新行業(yè)紀(jì)錄
點(diǎn)亮一條示范線，不僅是技術(shù)的勝利，更是上海深化產(chǎn)學(xué)研融合探索的一次成功探索。
從源頭來(lái)看，高校正在扮演重要的“源頭活水”角色。正如出席儀式的中國(guó)科學(xué)院院士、復(fù)旦大學(xué)校長(zhǎng)金力所言，作為國(guó)內(nèi)二維材料研究的中堅(jiān)力量，復(fù)旦大學(xué)在集成電路設(shè)計(jì)、工藝優(yōu)化迭代、邏輯驗(yàn)證領(lǐng)域均處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，為技術(shù)轉(zhuǎn)化奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。而原集微示范線的推進(jìn)，是復(fù)旦大學(xué)“基礎(chǔ)研究-應(yīng)用研究-產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化”全鏈條創(chuàng)新能力的集中體現(xiàn)。
在生態(tài)培育上，上海也憑借得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，為集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供助力。市科委副主任翟金國(guó)表示，上海已將二維半導(dǎo)體作為未來(lái)產(chǎn)業(yè)培育的重要方向，通過(guò)產(chǎn)業(yè)基金、人才對(duì)接等全鏈條服務(wù)，支持龍頭企業(yè)牽頭組建創(chuàng)新聯(lián)合體。據(jù)透露，目前原集微已經(jīng)和國(guó)內(nèi)頂尖集成電路企業(yè)形成合作，在示范線運(yùn)行之前就初步驗(yàn)證了二維半導(dǎo)體技術(shù)，打消了產(chǎn)業(yè)界的質(zhì)疑。
同時(shí)，浦東新區(qū)和川沙鎮(zhèn)也通過(guò)優(yōu)質(zhì)的營(yíng)商服務(wù)，為科技初創(chuàng)企業(yè)成長(zhǎng)掃清難關(guān)。包文中透露，示范線從開工到設(shè)備進(jìn)廠，只用了100天，這樣的“上海速度”出乎許多人預(yù)期，刷新了行業(yè)紀(jì)錄。
在二維半導(dǎo)體這條前沿賽道上，原集微作為一家初創(chuàng)企業(yè)，正利用上海給予它的全方位支持奮力奔跑，力爭(zhēng)在“后摩爾時(shí)代”為我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)高水平自立自強(qiáng)作出貢獻(xiàn)。
包文中表示，基于二維半導(dǎo)體的優(yōu)異特性，基于它制作的芯片，可在許多領(lǐng)域大展身手。比如其突出的低功耗和低發(fā)熱特性，特別適合用于端側(cè)算力，未來(lái)裝備這種芯片的無(wú)人機(jī)，完全可以像機(jī)器人一樣自主飛行、執(zhí)行任務(wù)。另外，二維半導(dǎo)體還具有突出的抗輻照性能，可裝備在航天器和衛(wèi)星上，從而在漫長(zhǎng)太空之旅中經(jīng)受住宇宙射線的侵襲。
