在美国芯片限制下，中国正推动原子级厚度半导体走出实验室，测试其能否规模化制造。
多年来，打造更快、更高效计算机芯片的竞赛，始终绕不开一种设备——极紫外光刻机。这套极其复杂的系统，被认为是制造最先进硅芯片的关键。
受出口管制影响，中国在很大程度上被切断了这一技术来源，这对它的半导体雄心构成重大阻碍。如今，一家名为渊济微的上海初创公司坚信，未来的计算或许根本不需要极紫外光刻机。
该公司发布了它所说的全球首条专用于二维半导体的8英寸中试生产线，这项技术最终有可能用完全不同的材料和制造方法来生产先进芯片。
芯片行业困在硅的循环里
这一发布意义重大，因为半导体行业正遭遇一个根本性难题。几十年来，芯片制造商通过不断缩小晶体管——处理信息的微小开关——来提升性能。
然而，当这些元件的尺寸逼近原子尺度时，制造难度和成本急剧攀升。它们还面临不希望的漏电问题，即晶体管理应关断时，电流仍在继续流动。
这种漏电浪费能量并产生热量。全球研究人员一直在探索传统硅的替代方案，二维材料由此成为最有潜力的方向之一。
二维半导体由仅一个或几个原子厚度的材料制成。与形成三维晶体结构的传统硅不同，二维材料中的电子主要在超薄层内运动，这正是其“二维”名称的由来。
得益于这一独特结构，二维晶体管即便在极小的尺度下也能保持优异的电学性能，而传统硅器件在如此小的尺寸下会变得越来越难以控制。
渊济微董事长包文中告诉媒体：“与传统硅基芯片相比，二维半导体具有多项潜在优势。由于二维材料原子级的厚度，二维半导体中的晶体管可以做得更小，而不必依赖日益复杂的晶体管结构。”
另一个优势可能出现在二维半导体与三维芯片堆叠技术结合之后。因为材料极薄，多层电子电路有望更高效地堆叠，从而在不显著增加芯片占用面积的情况下，提升计算能力和存储密度。
然而，研究人员对这些材料已研究了十多年，但将其从实验室样品放大到晶圆级制造却异常困难。这也是芯片行业至今仍严重依赖硅晶体管的原因之一。
从实验台到工厂车间
渊济微的研究人员并非发明了一种新材料，而是打造了一套能把实验室研究转化为真实芯片的工业流程。据该公司介绍，这条新的中试线覆盖从二维半导体材料制备到集成至成品器件的完整制造链。
它还支持流片，即芯片设计转入生产前的最后阶段。这一进展直指二维半导体研究的最大障碍之一——证明这些原子级厚度的材料能够以芯片行业所需的规模持续稳定制造。
此前的研究已表明，二维材料可用来构建高性能电子器件，研究人员最近也展示了晶圆级生长和制备这些超薄材料的方法。
然而，这些努力大多侧重于证明技术的可行性，而非打造一条完全运转的生产管线。将实验室的演示变为可重复的制造工艺，需要解决更多挑战，包括材料制备、器件制造和芯片集成。
渊济微表示，其新的8英寸中试线正是为了弥合这一鸿沟，将芯片生产的多个阶段汇集到同一个平台上。公司的进一步目标是利用这一制造基地开发先进工艺，在不依赖极紫外光刻的情况下，到2029年实现等效5纳米芯片技术。
这些努力是中国寻找先进半导体制造替代路径这一更大布局的一部分。面对美国主导的限制，中国难以获得部分全球最先进的芯片制造工具，因此对芯片研究投入了巨资。
他们正联合高校、国家重点实验室、设备制造商和半导体企业，以减少对外国技术的依赖。一位直接了解机密EUV项目的匿名消息人士告诉路透社：“目标是让中国最终能够用完全国产的设备制造先进芯片。”
一条有希望的道路，但仍有许多障碍
尽管二维半导体令人振奋，但专家提醒，商业上的成功远非板上钉钉。芯片制造是世界上最复杂的工业过程之一。
据报道，出席渊济微发布会现场的行业专家强调，没有任何一家公司能够单打独斗地将二维半导体商业化，因为供应链的每一个环节必须同步成熟。
还有一些技术问题悬而未决。虽然研究人员已在实验室中反复演示高性能的二维晶体管，但以高可靠性制造数百万乃至数十亿个性能一致的器件仍是重大挑战。
许多曾经被看好的半导体技术，都难以完成从研究论文到大规模量产的跨越。
尽管如此，中试生产线的启动标志着一个重要的转折。渊济微没有停留在发表实验室成果的阶段，而是在尝试证明二维半导体可以在工业规模上制造。
如果该公司取得成功，将可能为中国提供一条通往先进芯片的道路，从而绕过半导体领域受限最为严格的一项技术。
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