中國研究人員在二維半導(dǎo)體生產(chǎn)領(lǐng)域取得重大突破，所實現(xiàn)的生長速率較傳統(tǒng)方法最高提升千倍。

人工智能系統(tǒng)和大語言模型日益增長的計算負(fù)載正將現(xiàn)有芯片架構(gòu)推向極限，迫使業(yè)界在傳統(tǒng)硅基微縮路徑之外另尋出路。數(shù)十年來，摩爾定律通過預(yù)測計算能力約每兩年翻一番的規(guī)律指引著行業(yè)進步。但隨著晶體管尺寸逼近原子尺度，量子效應(yīng)、熱耗散與制造限制使得進一步微縮愈發(fā)艱難。為此，研究人員開始轉(zhuǎn)向新型材料與架構(gòu)。

其中，二維半導(dǎo)體作為后摩爾時代的潛力路徑正獲得廣泛關(guān)注。這類原子級厚度的結(jié)構(gòu)既可延續(xù)晶體管微縮進程，又能提升能效與性能。

摻雜技術(shù)突破揭示二維芯片材料關(guān)鍵短板

調(diào)控原子級薄層材料的電學(xué)行為依賴于精準(zhǔn)的化學(xué)修飾——通過引入微量異質(zhì)原子改變導(dǎo)電性，這一過程稱為"摻雜"。該方法能夠制備n型（富電子）與p型（富空穴）半導(dǎo)體，兩者均為現(xiàn)代電子器件不可或缺的基石。據(jù)報道，盡管二硫化鉬、二硒化鉬等n型二維材料已臻成熟，但實現(xiàn)高性能、高穩(wěn)定性的p型同類材料仍是重大挑戰(zhàn)，制約著二維半導(dǎo)體器件的全面發(fā)展。

現(xiàn)代晶體管架構(gòu)高度依賴n型與p型材料的互補配對，高性能p型材料的匱乏已成為下一代芯片設(shè)計的核心瓶頸。隨著業(yè)界探索二維半導(dǎo)體體系中的亞5納米節(jié)點，材料體系的平衡性對器件可靠運行愈發(fā)關(guān)鍵。

為解決這一難題，中國科學(xué)院金屬研究所的朱夢劍、任文才與徐川帶領(lǐng)的研究團隊開發(fā)出新型二維半導(dǎo)體制備方法。該技術(shù)路線旨在突破現(xiàn)有材料限制，推動二維芯片技術(shù)的實用化進程。

金基襯底驅(qū)動二維半導(dǎo)體快速擴展

重新設(shè)計的生長方案顯著加速了二維半導(dǎo)體材料的規(guī)?；a(chǎn)。研究團隊通過引入液態(tài)金/鎢雙層襯底，對化學(xué)氣相沉積技術(shù)進行重構(gòu)，成功實現(xiàn)了具有可調(diào)摻雜特性的單層氮化鎢硅薄膜晶圓級生長。

該方法將單晶疇區(qū)擴展至亞毫米尺度，并將生長速率從約五小時生長0.001毫米提升至每分鐘生長約0.02毫米，增幅達(dá)千倍級別。所獲薄膜尺寸達(dá)到約3.6厘米×1.8厘米，標(biāo)志著高性能二維半導(dǎo)體材料向規(guī)?；圃爝~出關(guān)鍵一步。

從器件性能維度考量，單層氮化鎢硅兼具高空穴遷移率、高開態(tài)電流密度、卓越機械強度、高效散熱能力及可靠化學(xué)穩(wěn)定性等多重優(yōu)勢，使其成為先進晶體管設(shè)計的理想候選材料。

憑借大面積薄膜制備能力與更精準(zhǔn)的摻雜調(diào)控水平，該新方法有望推動二維半導(dǎo)體向?qū)嶋H制造環(huán)節(jié)靠攏。尤為關(guān)鍵的是，該方法支持將此類材料規(guī)模化集成至互補金屬氧化物半導(dǎo)體架構(gòu)中，這是二維材料融入下一代芯片技術(shù)體系的核心環(huán)節(jié)。

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