二维半导体，复旦团队里程碑式突破

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来源：内容来自邵芯实验室，谢谢。

在硅基芯片制造领域，伴随着晶体管尺寸的持续微缩，工艺制程和器件结构日趋复杂，摩尔定律正逐渐接近其物理极限，而具有原子层厚度的二维半导体，被视为突破这一瓶颈的关键。经国际学术界与产业界十余年的不懈探索，二维半导体的晶圆级材料生长取得突破，高性能器件单元也成功研制。在将这些微小的“原子级精密元件”组装成完整集成电路系统的过程中，加工精度与规模均匀性的协同控制难题，严重制约了系统良率的提升。这一技术瓶颈导致全球集成电路的最高集成度记录长期停滞在一百多晶体管量级，始终未能突破工程化应用的最低技术门槛。

历经五年艰苦的技术攻关与迭代，复旦大学、绍芯实验室周鹏/包文中团队传来振奋人心的消息：成功研制出全球首款基于二维半导体材料的32位RISC-V架构微处理器——“无极（WUJI）”。北京时间2025年4月2日晚间，相关成果以《基于二维半导体的RISC-V32比特微处理器》（“A RISC-V 32-Bit Microprocessor Based on Two-dimensional Semiconductors”）为题，发表于国际顶尖期刊《Nature》（DOI:10.1038/s41586-025-08759-9）。

“无极”微处理器基于单层二硫化钼（MoS₂）二维半导体材料打造，不依赖于先进的EUV光刻机，借助自主研发的特色集成工艺，依托开源简化指令集计算架构（RISC-V），在国际上创造了二维芯片的最大工程性规模验证纪录，总共集成了约6000个晶体管，实现了从材料、架构、流片的全链条自主研发。团队成功攻克了“金属接触-栅介质-后道工艺”的精确耦合调控难题，运用原子级精度的加工和表征技术，对规模化数字电路进行了验证，其中，反相器良率高达99.77%，具备单级高增益和关态超低漏电等卓越性能。经严格的自动化测试设备测试，在1kHz时钟频率下，千门级电路可串行实现37种32位RISC-V指令，完全满足32位RISC-V整型指令集（RV32I）要求。其集成工艺优化程度和规模化电路验证结果，均达到国际同期最优水平。

科研团队在二维半导体集成电路领域深耕10余年，创新开发AI驱动一贯式协同工艺优化技术，堪称“秘密武器”。这项技术以“原子级界面精准调控+全流程AI算法优化”为双引擎，实现了从材料生长到集成工艺的精准控制。“无极”的工艺流程极为复杂，人工优化参数难度极大，而通过AI赋能，能快速确定参数优化窗口，显著提升晶体管良率。在二维半导体集成工艺中，约70%的工序可直接沿用现有硅基产线的成熟技术，核心二维特色工艺则构建起包含20余项工艺发明专利的自主技术体系，搭配专用工艺设备，为将来产业化落地奠定了坚实基础。

展望未来，科研团队将持续科研突破，进一步提升二维半导体芯片的极致性能和微缩集成度，让“无极”在不同应用场景下展现出更多竞争优势。周鹏教授指出，当前二维半导体微米级的工艺已能实现硅基纳米级芯片的功耗水平，未来通过产业化制造将兼具更快速度和更低功耗的优势。

此类二维芯片有望推动人工智能更广泛的应用，特别是在无人机、机器人等移动端需要低功耗算力的场景。在产业化方面，团队将着力推进与现有硅基生产制造线的融合，推动二维半导体电子器件加速从实验室到市场的转化进程，实现规模化商业应用。

包文中研究员表示，虽然当前二维芯片规模仅相当于几十年前的英特尔8080芯片，但其制造工艺和硅基高度兼容，可充分利用成熟的硅半导体产业生态，未来一旦步入产业化的轨道，发展速度将显著超越硅基的摩尔定律。

绍芯实验室周鹏教授和包文中研究员为论文通讯作者，博士生敖明睿、周秀诚为论文第一作者。

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