我们赢了!突破摩尔定律桎梏,中国研制出全球首款二维半导体芯片
一层薄到肉眼几乎看不见的材料,竟然撑起了全球半导体圈的热搜。
最新消息爆出,复旦大学刘开辉团队,在一个只有几毫米大的芯片上塞进了5900个晶体管,每个都是原子级别的二维材料堆叠出来的。
这玩意儿的速度、功耗、稳定性,一下子把老外的纪录甩在了后面。
国际科技圈直接炸了锅,因为之前国外最多只做过115个晶体管,还是勉强能用的水平,这次中国团队不仅数量翻了几十倍,还能长时间稳定运行,
等于一脚踢开了传统芯片工艺的天花板。
事情的主角刘开辉,1975年安徽人,学霸出身,早年中科大物理系一路读到博士,后来去美国斯坦福深造,专门钻研二维材料。
2009年他回国,进了复旦大学,实验室条件简陋,设备不全,经费也紧张,但硬是带着一帮学生从头摸索,死磕实验数据,论文一篇篇发出去,逐步在国际上站稳脚跟。
等到2015年,刘开辉团队已经小有规模,实验室设备升级,进口仪器都配齐了,研究方向也从石墨烯扩展到更多过渡金属硫化物,把原本只在论文里出现的材料,
做成了能用的场效应晶体管。
2018年左右,全球芯片圈还在为2纳米硅基工艺头疼——量产难度大,成本高,连台积电、英特尔都不敢说能搞定。
而复旦这边另辟蹊径,专攻二硫化钼这种新型半导体材料,迁移率高,开关速度快,堆叠方式也不一样——用范德华力粘合,避免了传统焊接的高温损伤。
到2022年,他们已经能集成上千个晶体管,在国际上属于赶超水平;到了2024年,“无极”芯片把晶体管数推到5900,还完成了32位处理器的模拟架构,
实验数据透明,论文里反复强调重复性,同行们想挑刺都找不到地方。
这次突破的本质,是把摩尔定律的瓶颈给侧面切开了。
摩尔定律说的是每隔两年,芯片上的晶体管数量翻倍,但物理极限已经逼近,2纳米以下量子效应乱入,功耗猛涨,硅基工艺越来越难。
二维材料不一样,天然只有一层原子厚,厚度固定在0.7纳米左右,不用纠结传统门长缩放,天然适合高密度堆叠。
复旦的“无极”芯片用二硫化钼做通道,氮化硼当绝缘层,栅极直接顶在原子层上,控制精度高到让工程师直呼“变态”。
工艺上更是花了大力气,不管是电子束光刻还是等离子刻蚀,精度都压到10纳米以内。堆叠材料时,用聚合物膜精准搬运,层间对齐误差小于一纳米。
整个过程说起来简单,实际团队得废掉无数片晶圆,一遍遍调参数,材料纯度要到99.99%,哪怕一个杂质都可能让电路短路。
到最后,“无极”芯片不光能在实验室跑数据,还兼容标准封装,能接外设,真真正正做到了实用级别。
这事儿最让人振奋的地方,是中国半导体产业的整体爆发。
过去几年大家都知道芯片卡脖子,老美、欧洲、日本、韩国各种联盟,荷兰ASML的光刻机说不卖就不卖,但国内没停下来,投资一年比一年多,技术一点点突破。
从中芯国际的7纳米,到华为麒麟芯片,步步逼近国际水平。二维材料这一块,门槛反而低——化学气相沉积炉国内就能造,不用再看别人脸色。
2024年以后,类似成果接连出现,中科院石墨烯晶体管、清华碳纳米管集成,形成了产业集群效应。
现在国产芯片不再是奢侈品,价格直接降了大半,国产手机用上,性价比拉满。
国外芯片联盟再怎么堵技术扩散,也挡不住中国团队一篇篇论文刷屏,《自然》杂志刊登后,引用率飙升,国际合作邀约不断。
总之,这一波操作让中国芯片产业从跟跑变成领跑,半导体版图正被重新绘制。未来几年,二维材料芯片量产几乎板上钉钉。
而“无极”芯片不是终点,后面还会有二维光电、存储等新方向冒头,中国半导体生态只会越来越壮。
这场胜利,说到底靠的是死磕科研、长期投入、团队执行力和国家资金支持。外部封锁再严,也挡不住中国人自己动手搞突破。科技发展路上,谁能坚持到最后,谁就有发言权。
未来全球芯片圈,中国的声音只会越来越响,技术自立的底气也会越来越足。
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