多年來，提升計算機晶片速度和效率的競賽一直與一種名為極紫外光（EUV）光刻機的設備息息相關。這一高度複雜的系統被認為是製造最先進矽晶片的關鍵。然而，中國因出口限制在這一技術上受到極大阻礙，這對其半導體雄心構成了重大挑戰。如今，一家名為元基偉（Yuanjiwei）的上海初創公司正押注於未來計算可能根本不需要 EUV 機器。該公司推出了其所稱的世界首條專門用於二維（2D）半導體的 8 英寸試點生產線，這一技術最終可能允許使用完全不同的材料和製造方法來構建先進晶片。
這一公告具有重要意義，因為半導體行業正面臨一個根本性問題。數十年來，晶片製造商通過縮小晶體管——這些處理信息的微小開關——來提升性能。然而，隨著這些元件接近原子尺寸，製造變得越來越困難且成本高昂。此外，這些晶體管還面臨不必要的電流洩漏問題，即使晶體管應該關閉時，電流仍然繼續流動，這不僅浪費能量，還產生熱量。全球各地的研究人員一直在探索傳統矽的替代品，而 2D 材料則成為最有前景的候選者之一。
元基偉的 8 英寸試點生產線可能改變半導體行業
二維半導體由僅一個或幾個原子厚的材料製成。與形成三維晶體結構的傳統矽不同，2D 材料中的電子主要在超薄層內移動，因此得名「二維」。由於這一獨特結構，2D 晶體管即使在極小的規模下也能保持強大的電性能，而傳統矽設備則變得越來越難以控制。元基偉的董事長包文忠（Bao Wenzhong）表示：「與傳統的矽基晶片相比，2D 半導體提供了幾個潛在優勢。由於 2D 材料的原子級厚度，2D 半導體中的晶體管可以在不依賴越來越複雜的晶體管結構的情況下變得更小。」
另一個優勢可能出現在將 2D 半導體與 3D 晶片堆疊技術結合時。由於材料極其薄，電子電路的多層結構可能更高效地堆疊，從而在不顯著增加晶片佔地面積的情況下提高計算能力和內存密度。然而，研究人員對這些材料的研究已超過十年，但將其從實驗室樣品擴展到晶圓級製造仍然極為困難。這也是為何晶片行業仍然在很大程度上依賴矽晶體管的原因之一。
元基偉的研究人員並未發明新材料，而是創造了一種能將實驗室研究轉化為實際晶片的工業流程。根據該公司所述，其新試點生產線覆蓋了整個製造鏈，從準備 2D 半導體材料到將其集成到成品設備中。該生產線還支持晶片設計的最終階段——出片，這一發展解決了 2D 半導體研究中的一個重大障礙，即證明這些原子薄材料可以在與晶片行業相關的規模上穩定製造。
先前的研究已顯示，2D 材料可以用來構建高性能電子設備，近期研究人員也展示了在晶圓級上生長與製造這些超薄材料的方法。然而，這些努力主要集中於證明技術的可行性，而非創建一個完整的生產流程。將實驗室的演示轉化為可重複的製造過程需要解決額外的挑戰，包括材料準備、設備製造和晶片集成。元基偉表示，其新的 8 英寸試點生產線旨在通過將多個晶片生產階段整合在一個平台上來填補這一空白。
該公司進一步旨在利用這一製造基地開發先進工藝，最終在 2029 年前達到相當於 5 納米的晶片技術，而無需依賴 EUV 光刻。這些努力符合中國尋求替代先進半導體製造途徑的更大推動。面對美國主導的對某些世界最先進的晶片製造工具的訪問限制，中國已大力投資於晶片研究，並將大學、國有實驗室、設備製造商和半導體公司聚集在一起，以減少對外國技術的依賴。
一位對此秘密 EUV 項目有直接瞭解的匿名人士告訴《路透社》，「目標是讓中國最終能夠在完全由中國製造的機器上製造先進晶片。」儘管對 2D 半導體的興奮情緒不斷上升，但專家們警告稱商業成功仍然遙不可及。製造晶片是世界上最複雜的工業過程之一。參加元基偉揭幕的行業專家強調，沒有任何單一公司能夠獨立商業化 2D 半導體，因為供應鏈的每個部分必須一起成熟。
此外，仍然存在一些未解決的技術問題。儘管研究人員在實驗室中多次展示了高性能的 2D 晶體管，但以高可靠性生產數百萬或數十億個相同設備仍然是一個重大挑戰。許多有前景的半導體技術在從研究論文轉向大規模生產的過程中均遭遇困難。然而，試點生產線的推出標誌著一個重要的過渡。元基偉不僅僅是發表實驗室結果，而是試圖證明 2D 半導體可以在工業規模上製造。如果該公司成功，則可能為中國提供一條通向先進晶片的道路，繞過半導體世界中最受限制的技術之一。