当硅基芯片的制程工艺逼近2纳米极限，全球半导体产业都在寻找新的技术突破口。2025年6月13日，上海浦东新区川沙镇迎来历史性时刻——全球首条二维半导体工程化验证示范工艺线正式启动。这条由复旦大学微电子学院包文中研究员团队孵化的产线，承载着中国突破摩尔定律极限、实现芯片技术“换道超车”的使命。
传统硅基芯片的发展遵循摩尔定律，即晶体管数量每18个月翻一番。但随着制程节点推进至2纳米以下，硅材料面临物理极限：晶体管沟道缩短导致漏电失控，如同“水管内壁粗糙导致水流不畅”。包文中团队将目光投向二维半导体——这类厚度仅原子级的材料，如同在平面上铺展的“原子层地毯”，表面无悬挂键，电子传输如同在“二维高速公路”上飞驰，彻底解决硅基材料的漏电难题。
团队攻关的“无极”芯片印证了二维材料的潜力。这款基于二硫化钼（MoS₂）的32位RISC-V架构处理器，集成5900个晶体管，待机功耗仅为硅基芯片的五分之一。其反相器良率达99.77%，单级增益超传统器件3倍，达到国际最优水平。更关键的是，二维半导体工艺70%可复用现有硅基产线技术，大幅降低产业化门槛。
包文中团队的研发历程堪称“三级跳”：2006年启动二维晶体管研究，2015年在复旦大学建立工艺库，2025年成立原集微科技推动产业化。团队自主研发的AI驱动协同工艺优化技术，通过机器学习模型预测最优参数，将材料生长、接触层制备等全流程效率提升数倍。
在浦东的示范产线上，团队正攻关三大难题：一是材料与硅基工艺兼容，二是大规模晶圆级生长，三是异质集成技术。包文中比喻：“就像在豆腐上雕花，既要保持二维材料的原子级平整，又要与硅基电路无缝衔接。”团队已申请20余项核心工艺专利，计划三年内建成商业化产线，2029年量产首款低功耗边缘算力芯片。
二维半导体已成为全球科技竞争新焦点。美国将其列入国家战略，欧盟加大科研投入，台积电等巨头布局1纳米节点研发。中国方案的优势在于“生态协同”：上海通过产业基金、税收优惠等政策，吸引上下游企业集聚，构建从材料生长到封装测试的完整链条。
市科委负责人指出，二维半导体不仅适用于高性能计算，更在物联网、可穿戴设备等领域展现“杀手锏”级应用。例如，基于二维材料的传感器可实现生物体内原位检测，量子器件能大幅提升通信安全性。据预测，到2035年全球二维半导体市场规模将达300亿至500亿美元，中国有望凭借技术先发优势抢占先机。
尽管前景广阔，二维半导体商业化仍需突破多重挑战：一是工艺良率需从实验室的99.77%提升至工业化标准；二是成本需通过技术迭代降低；三是生态建设需完善EDA工具、设计库等配套产业链。
包文中团队已着手开发万级晶体管集成工艺，并计划开放示范产线工艺库，让全球研发团队可委托制造二维/硅基异质集成芯片。随着上海产线的启动，一场围绕“原子级芯片”的全球竞赛已进入白热化阶段。在这条新赛道上，中国团队正以“上海方案”书写半导体产业的未来篇章。
