美国彻底坐不住了!西方封锁15年,中国突然宣布突破!2026年4月9日,北京传来震动全球半导体产业的重磅消息:国防科技大学联合中科院团队,全球首次实现高性能P型二维半导体晶圆级量产。
2026年4月9日,国防科技大学前沿交叉学科学院研究团队与中国科学院金属研究所合作,在新型高性能二维半导体晶圆级生长和可控掺杂领域取得重要进展,全球首次实现单层WSi₂N₄薄膜的晶圆级可控生长。
这一成果针对二维半导体长期存在的结构性问题。现有体系中N型材料相对容易获得且性能较好,而P型材料往往性能不足、稳定性差,导致完整CMOS电路构建困难。高性能P型材料的缺失已成为制约亚5纳米节点二维半导体发展的关键瓶颈,国际半导体领域对此投入多年仍未完全解决。
团队采用液态金/钨双金属薄膜作为衬底,通过化学气相沉积方法,实现了晶圆级、掺杂可调的单层氮化钨硅(WSi₂N₄)薄膜生长。新方法使单晶区域尺寸达到亚毫米级别,生长速率较已有文献报道值高出约1000倍。掺杂浓度通过原位缺陷工程调控,在5.8×10¹² cm⁻²至3.2×10¹³ cm⁻²范围内连续可调。
材料性能方面,单层WSi₂N₄表现出明显P型半导体特性,空穴迁移率较高,开态电流密度较大,同时具备较高机械强度、良好热导率和优异化学稳定性,能适应芯片制造中的高温和腐蚀环境。这些特性使它在同类二维材料中综合表现突出,为构建N型与P型互补的CMOS集成电路提供了可行路径。
此前二维半导体研究多停留在实验室小尺寸样品阶段,大面积均匀生长和工业级生产难度极大。西方企业在这一方向探索十多年,核心瓶颈始终存在。中国团队这次通过新型衬底和工艺优化,完成了从实验室珍品向晶圆级制备的跨越。相关成果以“晶圆级、掺杂可调的P型半导体单层WSi₂N₄薄膜”为题,发表于国际顶级期刊《国家科学评论》,数据经同行审阅认可。
这一进展直接补齐了二维半导体完整电路所需的关键一环。P型材料的可用性与现有N型材料布局相结合,有望推动后摩尔时代芯片从材料到器件的链条形成。
消息发布后,半导体产业内对这一材料的关注度上升。团队继续开展后续实验,测试薄膜与不同基底的兼容性,以及在场效应晶体管原型中的电学表现。数据表明,该P型材料在低功耗条件下开关特性稳定,为高密度集成提供支持。
中国此前已在N型二维材料、相关制备设备和原型器件方面有一定积累。P型突破后,从材料生长到器件集成的闭环逐步显现。研究工作转向工程化验证,包括探索与现有4英寸、8英寸产线的对接可能性,推动材料从科研样品向实际生产原料过渡。
硅基芯片在3纳米以下面临短沟道效应和功耗增加的物理限制,原子层厚度的二维半导体被视为潜在替代方案。P型材料的补齐使N型和P型配对成为现实,为开发功耗更低、算力更高的AI芯片、边缘计算器件和超算组件奠定材料基础。中国半导体产业在这一新兴赛道上获得更多技术选择,原有对特定光刻设备和材料的依赖在新路径中作用减弱。
长期来看,这一技术进展将通过持续的稳定性测试和工艺优化,逐步进入实际应用环节。团队计划进一步提升良率,完善掺杂控制和接触优化,为产业化积累数据。北京发布的这一消息体现了材料科学领域的具体研发成果,反映出多年积累在后摩尔时代芯片技术上的价值。
这次国防科技大学联合中科院金属研究所的P型二维半导体晶圆级突破,确实是中国半导体自主发展中的一个实打实的节点。西方通过限制EUV光刻机、高端材料和设计工具等手段,想把中国卡在硅基先进制程上,但二维半导体这条新赛道给了另一种选择。
P型材料长期是全球公认的死结,N型好做,P型难兼顾性能和稳定性,现在中国团队用液态金/钨衬底和化学气相沉积法,把生长速率提升1000倍,单晶区做到亚毫米级,还实现了掺杂可调,这就把CMOS电路完整跑通的基础打下了。
硅基到1纳米以下物理极限越来越明显,漏电、发热、功耗问题堆在一起,而原子层二维材料在低功耗和高密度集成上有天然优势。P型一补齐,中国在N型材料、设备和原型器件上的前期布局就连成链条,自主可控的路子宽了很多。产业界以后在AI芯片、自动驾驶和边缘计算这些高需求领域,能有更多材料选项,不用完全依赖旧有供应链。
15年的封锁客观上逼着国内加大底层材料投入,积累到一定程度就出成果。这次成果登上《国家科学评论》,数据公开透明,说明硬实力在提升。未来几年,如果能顺利对接产线、提升良率,二维半导体就有望在后摩尔时代占一席之地。中国芯片产业不会停在被卡的位置,而是通过持续研发,在新赛道上一步步把主动权握得更牢。
整体看,这件事给国内半导体从业者和产业链都打了一针强心剂,证明技术突破靠的是实干和积累,而不是等别人松口。长远来说,这样的进展对提升国家科技实力和产业韧性,有实实在在的推动作用。
