Mabilis na bumubuo ang 2D semiconductor industry chain ng China

Ang two-dimensional semiconductor, o kilala rin bilang atomic-layer semiconductor, ay isang uri ng semiconductor material na may core functional layer na may kapal na isang atom o kaunting bilang ng atoms, na kumakatawan sa transition metal dichalcogenides (tulad ng molybdenum disulfide), at isa sa mga mahalagang materyales sa post-Moore era. Kapag ang silicon-based chip manufacturing process ay nakarating sa mga limitasyon ng pisikal na hangganan, ang tradisyonal na silicon channel semiconductor materials ay nasa dulo na ng kanilang performance ceiling. Ang two-dimensional semiconductors (tulad ng molybdenum disulfide, tungsten diselenide, indium selenide, atbp.) ay may natural na pangunahing kahusayan dahil sa kanilang atomic-scale thickness, at kayang magbigay ng atomic-level planar structure sa wafer scale na nagpapahintulot sa natural na malakas na gate control sa short-channel scale, at itinuturing bilang isa sa pinakamalaking potensyal na non-silicon na bagong materyales sa post-Moore era.

Sa kasalukuyan, ang pandaigdigang pagkakasundo sa industriya ay patuloy na umuunlad. Ang mga pangunahing international wafer manufacturer tulad ng TSMC, Intel, at Samsung, kasama ang mga lider sa pananaliksik tulad ng IMEC at IRDS, ay malinaw na nagpaplano sa larangan ng 2D semiconductor, at inaasahan na ito ay magiging pangunahing komponente sa mga heterogenous integration systems pagkatapos ng 1nm node. Noong Hunyo 2026, inilahad ng TSMC kasama ang ASML at imec sa VLSI conference ang unang integrasyon ng 2D n/pFET na may 50 nm contact gate pitch sa 300 mm wafer, na nagpapakita na ang mga pangunahing pandaigdigang kumpanya ay bilisang ipinapadala ang 2D transistor mula sa laboratorio patungo sa produksyon. Sa ilalim ng ganitong sitwasyon, ang lokal na supply chain ay nagsimulang mabilis na magpaplano sa buong chain—mula sa paggawa ng materyales, pagbuo ng sariling kagamitan, hanggang sa chip integration at pagbuo ng ecosystem—at nakuha ang mga pagbabago. Ang supply chain ng 2D semiconductor ay nagsisimula nang bumuo.

Ang mga semikonduktor sa dalawang dimensyon ay itinuturing na mahalagang materyales sa paggawa ng chip sa post-silicon era, ngunit ang pag-skalahan at paghahanda ng mataas na kalidad na wafer para sa mga materyales na semikonduktor sa dalawang dimensyon ay ang pangunahing kondisyon para sa kanilang pagpapatupad sa industriya. Sa pagitan, ang chemical vapor deposition (CVD) at metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) ay ang mga pangunahing teknolohiya para sa pagkamit ng mas malaking produksyon ng mga materyales na semikonduktor sa dalawang dimensyon.

Sa larangan ng paglalago ng mga device at materyales, ang team ni Professor Wang Xinran mula sa Nanjing University, kasama ang kanilang platform para sa pagpapalit ng akademya sa industriya, Jiemo Xintech, ay nagtrabaho nang sama-sama at nagbuo ng isang saradong loop na malalim na pinagsasama ang “akademikong inobasyon—pagbuo ng kagamitan—pagpapatunay ng proseso.” Sa larangan ng paggawa ng single-crystal 2D semiconductor sa antas ng wafer, nakamit nila ang isang serye ng mga pag-unlad. Noong Oktubre 2025, batay sa kanilang sariling inimbento na kagamitan na Oxy-MOCVD 200 ultra (na may 100% lokal na mga pangunahing bahagi), ang team ay gumamit ng isang inobatibong teknolohiya sa paggawa ng substrate at naging unang nagpahayag sa mundo tungkol sa komersyal na paggawa ng unang 6-pulgadang single-crystal 2D transition metal dichalcogenide semiconductor, na kompatibol sa iba’t ibang materyales tulad ng MoS₂, WS₂, at WSe₂, na may rate ng alignment ng single domain na higit sa 99% sa isang 150-millimeter wafer. Noong Enero 2026, nagtulungan ang team sa pamamagitan ng team ni Professor Wang Jinlan mula sa Southeast University upang mag-develop ng isang bagong teknolohiya na tinatawag na oxygen-assisted metalorganic chemical vapor deposition (oxy-MOCVD), na nagsugpo sa mga hadlang sa pagkontrol ng dinamika ng paglalago—nagpataas ang average na laki ng crystal domains ng molybdenum disulfide mula sa antas ng daan-daang nanometro hanggang daan-daang mikrometro, na nalutas ang problema sa komersyal na paglalago ng malawak na area nang patuloy, at tinigil nang mula sa pinagmulan ang problema sa carbon contamination. Batay sa prosesong ito, natapos ni Jiemo Xintech ang malalim na pag-customize at pag-upgrade ng kanilang kagamitan, na nagbibigay ng plug-and-play process capability para sa mga downstream user. Kasalukuyan, ang kanilang teknikal na sistema ay nakakapalibot sa mga pangunahing 2D semiconductor materials tulad ng MoS₂, MoSe₂, WS₂, at WSe₂. Sa pundasyong ito, naging unang nagtagumpay si Jiemo Xintech sa buong mundo sa komersyal na paggawa ng 8-pulgadang single-crystal 2D semiconductor; ang kanilang produkto ay nasa mga unibersidad tulad ng University of Cambridge at Fudan University, at nakakonekta na sila sa mga kumpanya sa paggawa ng chip upang buksan ang mahalagang hakbang mula sa mga sample sa laboratoryo patungo sa materyales na handa para sa produksyon.

Kasama na ang paggawa ng wafer-level para sa p-type 2D semiconductor, maliban sa mga pangunahing n-type materials. Tulad ng mga silikon-based electronic devices, ang wafer-level single crystals ng n-type at p-type 2D semiconductors ay ang pundasyon at pangunahing kondisyon para sa pagbuo ng 2D CMOS integrated circuits. Hanggang sa kasalukuyan, ang mga siyentipiko ay nagsagawa ng iba’t ibang uri ng n-type 2D semiconductor materials, kung saan ang MoS2, WS2, at iba pa ay naging matagumpay sa paggawa ng wafer-level single crystals; gayunpaman, ang mga p-type 2D semiconductors na may mataas na mobility at mahusay na stability ay nananatiling kaunti, at ang paggawa ng kanilang wafer-level single crystals ay mas mahirap. Noong Hulyo 2026, ang koponan mula sa Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, ay nakamit ang isang pagbubuo at naging matagumpay sa paggawa ng malawak na area, mataas na performance p-type MoSi₂N₄ monolayer single crystal wafer. Ang material system na ito ay orihinal na nilikha ng koponan, at dati lamang maaaring gawin ang polycrystalline thin films, kung saan ang mga grain boundaries ay nagdudulot ng malaking pagbaba sa performance ng device, at madaling masira sa proseso ng transfer at processing; sa pananaliksik na ito, gamit ang effect ng step guidance mula sa espesyal na single crystal substrate, natamo nila ang directional growth at seamless stitching, na lubos na sinagip ang pangunahing kahinaan sa 2D CMOS circuits—ang kakulangan sa mataas na kalidad na p-type material.

Sa direksyon ng espesyal na materyales, ang research team ni Professor Peng Hailin ng Peking University ay unang natagumpay na magkakaroon ng kontroladong paggawa ng ultra-thin, uniform na ferroelectric thin films at kanilang heterostructures sa scale ng wafer, at nagtatag ng isang high-speed ferroelectric transistor na may sobrang mababang operating voltage (0.8V) at napakataas na durability (higit sa 1.5×10¹² cycles), na mas mahusay ang kabuuang performance kaysa sa umiiral na industriyal hafnium-based ferroelectric systems. Ito ay ang pinakamaliit na operating voltage, pinakamababang energy consumption, at pinakamahusay na durability na ferroelectric transistor na kilala hanggang ngayon. Unang ipinakita sa pandaigdigang antas ang high-performance wafer-scale 2D ferroelectric material system, na nagbibigay ng revolutionary na materyales na base at praktikal na teknikal na landas para sa pagbuo ng mataas na epekto at advanced chips.

Ang pagbuo sa mga materyales at komponente ay kailangang maisaayos sa isang standardisadong sistema ng paggawa.

No translation provided.

Kasabay ng paglalabas ng Package Design Kit (PDK), na sinira ang mga hadlang sa pagitan ng disenyo at paggawa. Ang PDK 0.1 na batay sa 8-inch pilot line na inilabas ng Yuanji, ay ang unang process IP sa larangan ng 2D semiconductor na kompatibol sa pangunahing EDA toolchain, na naglalaman ng buong set ng mga kasangkapan tulad ng Pcell, DRC, LVS, at PEX, na may process yield na higit sa 99.99%, na lalong lumampas sa mga internasyonal na rekord at malapit na sa antas ng parehong proseso sa silikon, at magiging suporta sa disenyo at paggawa sa晶圆级 ng 2D circuit na may 100,000+ transistors.

Kasabay ng pagkakonekta ng produksyon at paglabas ng PDK, sinimulan ang serbisyo sa paggawa at ang ekosistema ng industriya. Ang mga ekipa mula sa Peking University, Tsinghua University, Shanghai Jiao Tong University, Nanjing University at iba pang mga unibersidad ay nagsagawa na ng pagsasagawa ng pananaliksik sa pagitan ng paaralan at negosyo kasama ang Yuanji Micro, at ang serbisyo sa paggawa ng wafer ay opisyal nang inilabas para sa sektor ng pananaliksik; ang Xi'an Pioneer Institute, Shanghai 2D Star Technology at iba pang mga kumpanya ay nagkamit din ng pakikipagtulungan sa产业链, na nakatuon sa pagbabahagi ng platform sa proseso, pagpapalaganap ng mga resulta, at pagbuo ng ekosistema. Kasabay din ang pagtugon sa mga lokal na suportang industriya: ang Xinchuansha Town sa Shanghai ay gumagamit ng pilot production line ni Yuanji Micro bilang pangunahing instrumento upang atrahin ang mga kumpanya sa itaas at ibaba ng产业链; sa antas ng buong Shanghai, kinilala na ang 2D semiconductor bilang isang pangunahing direksyon para sa pagpapalago ng mga hinaharap na industriya, na nagtataguyod nang buong puso mula sa pananaliksik, kooperatibong inobasyon hanggang sa pagpapalago ng ekosistema, na may layunin na makabuo ng isang buong industriyang sariling siklo na “pananaliksik—pilot production—mass production.” Mahalagang tandaan na ang 70% ng mga kasaligan na kagamitan sa silikon-based semiconductor ay maaaring gamitin muli sa 2D semiconductor production line, na hindi magpapalitan ng umiiral na sistema ng industriya, kundi magpapalago ng mga bagong market na pagkakataon sa mga aspeto tulad ng materyales, kagamitan, paggawa, at advanced packaging.

Samantalang patuloy na umuunlad ang paggawa, ang 2D semiconductor ay umaabot mula sa lohikal na pagkalkula patungo sa iba pang mga aplikasyon tulad ng pag-iimbak.

Sa larangan ng lohikal na kalkulasyon, natapos na ng bansa ang paglipat mula sa mga komponente patungo sa mga kumplikadong processor. Noong 2025, ipinakilala ang unang processor sa mundo na batay sa 2D semiconductor material, ang “Wuji,” na may 32-bit RISC-V architecture, gumagamit ng molybdenum disulfide (MoS2), na may 5,900 transistors, at may kapal na lamang 0.7 nanometer, na may yield rate ng 99.77% para sa single-stage inverter, na nagtagumpay sa buong chain ng自主研发 mula sa materyales, arkitektura, hanggang sa paggawa ng chip, at nagpatunay sa kakayahan ng 2D materials na bumuo ng kumplikadong lohikal na circuit. Ang processor na ito ay maaaring mag-implementa nang serial ng 37 uri ng 32-bit RISC-V instruction sa isang clock frequency na 1kHz, at sumasapat sa mga kinakailangan ng RV32I integer instruction set. May kakayahang magbigay ng mataas na gain sa isang yugto at sobrang mababang leakage current sa off-state, angkop para sa mga aplikasyon tulad ng IoT at edge computing.

Sa taong 2026, ang ekipa ni Wang Xinran at Qiu Hao mula sa Nanjing University, kasama ang Suzhou National Laboratory at Huawei, ay nagpasa sa buong proseso ng disenyo-proseso-paggawa ng 2D semiconductor chip na compatible sa Fab, at matagumpay na naglikha ng mundo’s first MoS2 multi-bit parallel microprocessor na “MAGIC-1000,” na nagtataguyod ng pinakamataas na density ng transistor sa anumang emerging non-silicon digital circuit, na nagpapakita na ang pag-aaral ng 2D semiconductor sa China ay pumasok sa bagong yugto ng integrasyon sa produksyon. Batay sa cross-layer collaborative optimization, ang ekipa ay nakapag-integro ng 1,433 MoS2 transistors sa isang sobrang kompak na chip area sa 0.5μm industrial process, at matagumpay na naglikha ng microprocessor na “MAGIC-1000.” Ang chip na ito ay gumagamit ng RISC instruction set, na binubuo ng apat na pangunahing module: instruction decoder, register file, arithmetic logic unit, at multiplexer. Ang density ng transistor ay tumataas ng isang orden ng magnitude kumpara sa dating international record, na umabot sa 9,336/mm², na nasa antas ng matatag na silicon-based process sa parehong node. Ang chip ay unang nagpapakita ng multi-bit parallel computation sa 2D semiconductor, na may maximum operating frequency na 43kHz, at nag-integro ng on-chip register file upang tanggalin ang latency at bandwidth bottleneck na dulot ng external memory.

Sa larangan ng pag-iimbak, ang sobrang mababang leakage current ng 2D semiconductor ay nagpapakita ng natatanging estratehikong halaga. Ang isang kooperatibong team mula sa Fudan University ay nag-develop ng 2D semiconductor transistor na may pinakamababang leakage current hanggang sa kasalukuyan. Nagsagawa ang team ng nakapagtatakang sobrang mababang leakage current—katumbas ng isang electron lang ang nalalabas sa bawat 9.15 segundo. Batay dito, ang bagong DRAM memory chip ay nakamit ang napakalaking retention time na higit sa 8,500 segundo nang walang bias voltage, habang nananatiling mabilis sa pagbabasa at pagsusulat at may kakayahang mag-imbak ng maraming kapasidad. Ang pinabuting 2T0C DRAM (capacitor-less, dual-transistor) ay nagtataglay ng quasi-non-volatile memory operation, 5-bit memory precision, at nanosecond-level write speed. Ang Yuanji Microelectronics ay nagsagawa ng malaking pagpaplanong pinalalakas ang DRAM. Ang sobrang mababang leakage current ng 2D semiconductor ay maaaring malaki ang pagbawas sa refresh power consumption, at maaaring mauna sa pagpapatupad sa edge-side at high-computing scenarios, at sa hinaharap ay magkakaroon ng pagtaas sa kapasidad ng DRAM sa pamamagitan ng 3D stacking technology. Noong Hulyo 2026, ang koponan ni Zhou Peng at Liu Chunsen mula sa Fudan University ay lumikha pa ng mas malalim na pag-unlad: unang beses nilang nakita sa kuwarto-temperatura ang non-volatile memory behavior ng isang electron, at matagumpay nilang binuo ang isang device na may pinakamalaking non-volatile quantum memory window—kailangan lamang mag-inject ng isang electron upang makamit ang 0.5-volt memory window. Ito ay nagmarka na ang teknolohiya ng charge-based information storage ay nasa pinakamataas na antas na “isang electron, isang bit.”

Bukod sa pagkalkula at pag-iimbak, mayroon ang 2D semiconductor ng hindi mapapalitan na kahusayan sa mas maraming espesyalisadong aplikasyon. Bilang ekstremong SOI material, mayroon ang 2D semiconductor ng natatanging kahusayan sa mga aplikasyon tulad ng RF analog circuitry, radiation-hardened communication, at brain-computer interfaces. Noong Enero ng taong ito, sa pamamagitan ng “Fudan-1” satellite platform, ang radiation-hardened RF communication system na batay sa 2D semiconductor ay unang napatunayan sa orbit sa kalawakan. Samantala, maaaring gawing flexible at transparent ang 2D semiconductor upang suportahan ang pagbuo ng mga device para sa mga maunlad na larangan tulad ng optoelectronic sensing at quantum computing.

Sa kasalukuyan, ang 2D semiconductor ay nagsilip na sa labas ng laboratorio at pumasok sa isang bagong yugto ng pagpapatotoo sa inhenyeriya at maliit na produksyon. Mula sa mga pagbuo ng materyales sa antas ng wafer, hanggang sa pagpapagana ng produksyon linya, at pati na rin ang pagpapatupad sa iba’t ibang aplikasyon tulad ng computing at storage, ang bawat bahagi ng lokal na supply chain ng 2D semiconductor ay nagpapabilis, at nakabuo na ng isang kompletong chain na kumakapal ng materyales, kagamitan, paggawa, disenyo, at aplikasyon.

Sa bagong larangan ng 2D semiconductor, ang internasyonal na kompetisyon ay nagsimula na. Ang pagkakabuo ng bagong supply chain na ito ay hindi lamang nagbibigay ng bagong posibilidad para sa teknolohiya ng chip sa panahon pagkatapos ng Moore, kundi naglalayong magkaroon ng bagong dimensyon sa pagbabago ng pandaigdigang格局 ng semiconductor industry.

Nakuha mula sa WeChat public account na “Semiconductor Industry纵横” (ID: ICViews), may-akda: Pengcheng