中国向全世界宣布！突破摩尔定律，研制出全球首款二维半导体芯片

你敢信吗，困扰全球芯片圈半个多世纪的摩尔定律瓶颈，被我们用一条全新赛道跑通了。别人都在硅基芯片这条挤破头的路上死卷光刻机，我们直接换了新材料，做出了全球首款能正常跑指令的二维半导体芯片。这枚芯片厚度才0.65纳米，相关成果直接登上《自然》主刊，直接震惊了全球业界。

2017年奥地利的研究团队，把二维半导体数字电路的集成度做到了115个晶体管。这个数字放到硅基芯片里连零头都算不上，但在二维材料领域，已经是当时人类能做到的天花板。之后整整七年，国际学术界都没能突破这个数字，这条路的难度可见一斑。

复旦团队花了整整五年时间，直接把这个数字从115拉升到了5900，一次性提升了近50倍。2025年4月相关成果发在《自然》主刊，这枚32位RISC-V架构的微处理器被命名为“无极”，是全球首款基于二维半导体的同类型芯片。它不是实验室里只能亮灯摆看的演示品，是真的能执行指令、完整运行的正经处理器。

更让外界吃惊的是它的良率，团队造了900个反相器阵列测试，结果有898个逻辑功能完好，反相器良率高达99.77%。在工艺还极不成熟的二维半导体领域，做到接近百分百的良率，几乎是不可思议的事。这背后是复旦团队在原子级调控和AI工艺优化上，拿到了双重突破。

造硅基芯片好比在硬石头上雕花，造二维芯片相当于在嫩豆腐上雕花。二维半导体只有单个或几个原子层厚，对工艺损伤极度敏感，传统硅基工艺的高能粒子处理，直接就能击穿这种超薄材料。团队专门开发了柔性等离子处理这类低能量工艺，用更温和的方式加工，完美避开了高能粒子的损伤。

二维芯片制作要经过上百道工序，每一步的参数都会互相影响，参数组合多到像天文数字。AI for Science直接介入了工艺优化，短时间就筛选出了最优的参数组合，这场难度超高的“豆腐雕花”才最终变成现实。

硅基芯片这几十年性能提升，靠的就是把晶体管越做越小。可当沟道长度逼近几纳米时，量子隧穿效应就开始捣乱，电子不再乖乖沿着设定路径走，直接“穿墙而出”，导致漏电失控、功耗飙升。先进制程的成本和难度还呈指数上涨，对EUV光刻机的依赖，更是把很多玩家拦在了门外。

二维半导体的逻辑完全不一样，二硫化钼这类材料天然厚度就只有0.65纳米左右，电子被约束在二维平面内运动，几乎不存在垂直方向的散射。相当于材料本身就给电子修好了一条低阻力的高速公路，天生就化解了硅基芯片绕不开的短沟道漏电难题。

更关键的一点是，二维半导体对高端制造设备的依赖大幅降低。不用像硅基那样做到5纳米以下就必须上EUV光刻机，靠着材料本身的特性，它能在较宽松的线宽条件下，实现和先进制程差不多的性能。这不就是换道超车的精髓嘛，不在别人修了半个世纪的高速上挤，自己开一条新路重新定义速度。

二维半导体晶圆不像硅晶圆那样，能直接长出高质量大尺寸单晶，它要靠CVD法生长，材料本身的缺陷和不均匀性，一直是大规模集成的拦路虎。复旦团队靠原子级界面调控技术，哪怕材料缺陷密度远高于硅晶圆，照样做出了稳定的高性能器件。这条路走通，意味着我们有机会摆脱对EUV光刻机和部分高端设备的依赖，在新技术赛道掌握主动权。

不要觉得这只是实验室里的炫技，我们早已经把它推到了工程化阶段。2026年1月，全国首条二维半导体工程化示范工艺线在上海浦东正式点亮。这条8英寸工艺线具备全流程工程化能力，从晶圆生长到封装测试都能自己做。

同年7月这条工艺线就全线贯通了，标志着我们的二维半导体技术彻底走出实验室，进入到工程化验证和小批量流片的新阶段。之前国内的二维半导体研究都在高校实验室，大多是“手搓”出来的单个器件，离工业标准差得远。这条中试线补上了实验室到量产之间最关键的一环，科研图纸现在直接就能变成实实在在的晶圆。

这条产线还发布了二维半导体领域第一个兼容主流芯片设计工具链的PDK，工艺库良率大于99.99%，已经基本接近硅基同等制程的水准。人家还放出了清晰的发展路线图，2026年下半年打通等效硅基90纳米工艺路径，2027年做到等效28纳米，2029年实现等效5纳米甚至3纳米性能，还计划在2029到2030年，用全国产装备展示等效1纳米制程的解决方案。

核心思路就是不追求物理线宽的强行缩小，靠材料本身的特性实现和先进制程相当的性能，直接绕开EUV光刻机的封锁。在“无极”之后，复旦团队还陆续出了不少重磅成果。2025年11月，团队做出了全球首款基于晶圆级二维半导体的FPGA，能承受10Mrad的伽马射线辐照还保持功能完整，抗辐射能力拉满，给航空航天等高要求场景提供了新选择。

同月团队还在《自然》发了全球首颗二维-硅基混合架构闪存芯片，把存储器的理论存储上限提升了上千倍。现在能看出来，我们在二维半导体领域的技术积累，已经从单一处理器往系统级、多样化的方向快速拓展了。

“无极”这个名字取自传统文化，本身就是无限可能的意思。这枚只有0.65纳米厚的芯片，承载的不只是五千多个晶体管，更是中国半导体摆脱路径依赖、换道突围的新路。从实验室里原子级的精雕细琢，到产线上成套设备的轰鸣，二维半导体只用了短短几年，就走完了硅基材料几十年才走完的产业化路程。

当然从工程化示范线到大规模量产，从五千多个晶体管到千万级集成，还有不少关卡要闯。但至少我们已经在下一代半导体的全球竞赛里，率先跑完了从0到1的这一程，抢占了先机。

参考资料：科技日报 我国研制出全球首款二维半导体微处理器