Çin'in 2D yarı iletken endüstri zinciri hızla şekilleniyor

İki boyutlu yarı iletkenler, atomik katman yarı iletkenler olarak da bilinir ve temel işlevsel katman kalınlığı yalnızca tek bir atom veya az sayıda atom katmanı olan yarı iletken malzemelerdir; geçiş metal kükürtlü bileşikler (örneğin molibden disülfür) ile temsil edilir ve Moore sonrası dönemin kritik malzemelerinden biridir. Silikon tabanlı çip üretim süreçleri fiziksel sınırlara yaklaştıkça, geleneksel silikon kanal yarı iletken malzemeleri performans sınırlarına ulaşmıştır. İki boyutlu yarı iletkenler (molibden disülfür, tungsten diselenür, indiyum selenür vb.) atomik kalınlık avantajları sayesinde, wafer düzeyinde atomik düzgünlüğe sahip yapılarla kısa kanal ölçeklerinde doğal olarak güçlü gate kontrolü sağlar ve Moore sonrası dönemin en potansiyel silikon dışı yeni malzemesi olarak görülür.

Şu anda küresel endüstri konsensüsü hızla şekilleniyor. TSMC, Intel, Samsung gibi uluslararası çapta yarı iletken üretimi liderleri ile IMEC, IRDS gibi önde gelen araştırma kurumları, iki boyutlu yarı iletken sektöründe açık bir strateji izliyor ve bu teknolojinin 1 nm düğümünden sonra heterojen entegrasyon sistemlerinin temel bileşeni olarak entegre edileceğini değerlendiriyor. Haziran 2026'da TSMC, ASML ve imec ile birlikte VLSI konferansında 300 mm çaplı bir wafer üzerinde 50 nm kontak gate aralığına sahip iki boyutlu n/pFET entegrasyonunu ilk kez sergiledi; bu, uluslararası büyük şirketlerin iki boyutlu transistörleri laboratuvar ortamından üretim hatlarına taşıma hızını artırdığını gösteriyor. Bu bağlamda, yerel endüstri zinciri de malzeme üretimi, ekipman özgün geliştirme, çip entegrasyonu ve ekosistem kurma gibi tüm aşamalarda ilerleme kaydederek iki boyutlu yarı iletken endüstri zincirinin oluşumuna katkıda bulunuyor.

İki boyutlu yarı iletkenler, silikon sonrası çip üretimi için kritik malzemeler olarak görülüyor, ancak iki boyutlu yarı iletken malzemelerin ölçeklenebilir ve yüksek kaliteli wafer üretimi, endüstriyel uygulamalara ulaşması için ön koşuldur. Bunlardan kimyasal buhar birikimi (CVD) ve metalorganik kimyasal buhar birikimi (MOCVD), iki boyutlu yarı iletken malzemelerin ölçeklenebilir üretimi için geleceğin kilit teknolojileridir.

Cihaz ve malzeme büyüme alanında, Nanjing Üniversitesi'nden Prof. Wang Xinran ekibi, endüstriyel dönüşüm platformu Jiyue Xinke ile ortaklaşa çalışarak "akademik yenilik—cihaz geliştirme—proses doğrulama" bütünlüğünü oluşturdu ve wafer ölçekli iki boyutlu yarım iletken tek kristal üretimi alanında bir dizi ilerleme kaydetti. Ekibin, 2025 yılında Jiyue Xinke tarafından özgün olarak geliştirilen Oxy-MOCVD 200 ultra cihazını (temel bileşenlerin %100ü yerli üretim) kullanarak, yenilikçi bir alt tabaka mühendisliği tekniğiyle, dünyada ilk kez 6 inç boyutunda iki boyutlu geçiş metal kükürt bileşikleri yarı iletken tek kristalinin endüstriyel ölçekte üretimi başarıyla gerçekleştirildi. Bu teknoloji MoS₂, WS₂, WSe₂ gibi çeşitli malzemelerle uyumlu olup, 150 mm çaplı waferlerde tek yönlü domain hizalaması %99'un üzerinde. 2026 yılında ekibin, Dongnan Üniversitesi'nden Prof. Wang Jinlan ekibiyle iş birliği yaparak, tamamen yeni bir oksijen destekli metal organik kimyasal buhar biriktirme (oxy-MOCVD) tekniği geliştirdi ve büyüme dinamikleri kontrolünde kritik bir engeli aştı. Bu teknik sayesinde molibden disülfür kristal boyutları yüzlerce nanometreden yüzlerce mikrometre seviyesine çıkarıldı, büyük alanlarda homojen büyüme sorunu çözüldü ve karbon kirliliği kökten engellendi. Bu proses temelinde, Jiyue Xinke cihazlarını derinlemesine özelleştirerek alt zincire plug-and-play üretim kapasitesi sağladı ve şu anda teknoloji sistemi molibden disülfür, molibden diselenür, tungsten disülfür ve tungsten diselenür gibi ana akım iki boyutlu yarım iletken malzemeleri kapsıyor. Bu temel üzerine, Jiyue Xinke dünya çapında ilk kez 8 inç iki boyutlu yarım iletken tek kristal üretiminin endüstriyel ölçekli üretimini gerçekleştirdi ve ürünleri Cambridge Üniversitesi, Fudan Üniversitesi gibi önde gelen araştırma kurumlarına ulaştı; alt zincir çip üretimi şirketleriyle iş birliği kurarak laboratuvar örneklerinden üretim hattı malzemesine geçişin kritik adımını tamamladı.

Ana akım n-tipi malzemelerin yanı sıra, p-tipi iki boyutlu yarı iletkenlerin wafer düzeyinde üretimi de tamamlandı. Silikon tabanlı elektronik cihazlarla benzer şekilde, wafer düzeyinde n-tipi ve p-tipi iki boyutlu yarı iletken tek kristaller, iki boyutlu CMOS entegre devrelerin inşası için temel ve ön koşuldur. Şimdiye kadar araştırmacılar, çeşitli n-tipi iki boyutlu yarı iletken malzemeler geliştirdi; MoS2 ve WS2 gibi malzemeler zaten wafer düzeyinde tek kristal üretimi gerçekleştirildi. Ancak yüksek hareketlilik ve üstün stabiliteye sahip p-tipi iki boyutlu yarı iletkenler hâlâ nadirdir ve bu tür malzemelerin wafer düzeyinde tek kristal büyümesi daha da zordur. Temmuz 2026’da, Çin Bilimler Akademisi Metal Araştırmaları Enstitüsü ekibi, büyük alanlı ve yüksek performanslı p-tipi MoSi₂N₄ tek katmanlı tek kristal waferlerin üretimi konusunda bir atılım gerçekleştirdi. Bu malzeme sistemi, ekip tarafından önceden geliştirilmiş olup, daha önce yalnızca çok kristalli ince filmler üretilebiliyordu; tane sınırları boşlukları cihaz performansını büyük ölçüde düşürüyor ve transfer işleminde kolayca kırılıyordu. Bu araştırmada, özel tek kristal alt tabanın basamak yönlendirme etkisi sayesinde malzemenin yönlendirilmiş büyümesi ve kesintisiz birleştirme başarıyla gerçekleştirildi; bu da iki boyutlu CMOS devrelerin uzun süredir eksik kalan kaliteli p-tipi malzeme eksikliğini tamamen giderdi.

Özel malzeme yönünde, Pekin Üniversitesi'nin Peng Hailin profesör ekibi, ilk kez wafer ölçeğinde ince, homojen ferroelektrik ince filmler ve hetero yapılarının kontrollü üretimi başarılmıştır ve çalışma gerilimi çok düşük (0,8 V), dayanıklılığı çok yüksek (1,5×10¹² kezden fazla döngü) olan yüksek hızlı ferroelektrik transistörler inşa edilmiştir. Bu transistörlerin genel performansı, mevcut endüstriyel hafniyum bazlı ferroelektrik sistemlerini önemli ölçüde aşmaktadır ve şu ana kadar bilinen en düşük çalışma gerilimli, en düşük enerji tüketimli ve en iyi dayanımlı ferroelektrik transistördür. İlk kez uluslararası alanda yüksek performanslı wafer ölçekli iki boyutlu ferroelektrik malzeme sistemleri gösterilmiş ve yüksek verimlilikli ileri çiplerin geliştirilmesi için devrim niteliğinde bir malzeme temeli ve uygulanabilir teknoloji yolu sunulmuştur.

Malzeme ve cihazlardaki atılımlar, nihayetinde standartlaştırılmış üretim sistemine entegre edilmelidir.

9 Temmuz 2026 tarihinde, Yuan Jimei Technology tarafından inşa edilen 8 inçlik iki boyutlu yarı iletken mühendislik gösterim hattı, Pudong'da tamamen hizmete girdi ve bu, Çin'de iki boyutlu yarı iletkenlerin bilimsel araştırmadan endüstriyel uygulamaya geçişinde bir dönüm noktası oldu. Bu üretim hattı, Ocak 2026'da ilk kez çalıştırıldı ve sadece altı aydan az bir sürede tüm ekipman ayarlarını ve üretim süreçlerini tamamladı. Laboratuvar küçük ölçekli prototip platformlarından farklı olarak, şu anda tam bir çip üretimi ve mühendislik prototiplendirme kapasitesine sahiptir ve malzeme hazırlığından çip entegrasyonuna kadar tam bir mühendislik zinciri kurulmuştur. Bundan önce, Çin'de iki boyutlu yarı iletken araştırmaları çoğunlukla üniversitelerin laboratuvarlarında yoğunlaşmış ve cihaz üretimi küçük ölçekli el ile prototiplendirme ile sınırlı kalmıştı; bu durum endüstriyel standartlardan büyük bir fark yaratmıştı. Yuan Jimei ekibi, on yıllık çaba sonucunda, wafer büyümesi, entegrasyon süreci, cihaz modellemesi, devre tasarımı ve paketleme testine kadar tam üretim sürecini başarıyla tamamladı.

Eşlik eden PDK (Process Design Kit) aynı anda hayata geçirildi ve tasarım ile üretim arasındaki bağlantı engelleri daha da aşıldı. Orjinal Jiji tarafından yayınlanan, 8 inç pilot hattına dayalı 500 nanometre PDK 0.1 sürümü, ana akım EDA araç zinciriyle uyumlu olan ilk iki boyutlu yarı iletken süreç IP'sidir ve Pcell, DRC, LVS, PEX gibi tüm araç setlerini içerir. Süreç verimliliği %99,99'dan yüksektir ve tüm performans göstergeleri uluslararası rekorları aşmıştır; neredeyse silikon tabanlı eşdeğer süreç seviyesine ulaşmıştır ve gelecekte 100.000 transistörlü iki boyutlu devrelerin tasarımı ve wafer seviyesinde üretimi için destek sağlayacaktır.

Üretim hattının tamamlanması ve PDK'nın duyurulmasıyla birlikte, üretim hizmetleri ve endüstri ekosistemi aynı anda başlatıldı. Pekin Üniversitesi, Tsinghua Üniversitesi, Şanghay Jiaotong Üniversitesi, Nanjing Üniversitesi gibi üniversitelerin ekipleri, Yuanjiwei ile üniversite-kurum ortak araştırma anlaşmalarını tamamladı ve çip üretimi hizmetleri artık araştırma sektörüne açıldı; Xi'an Öncü Enstitüsü, Şanghay Erken Boyutlu Teknoloji gibi şirketler de endüstri zinciri stratejik iş birliklerine imza attı ve süreç platformu paylaşımı, teknoloji transferi ve ekosistem inşası etrafında derin iş birliği yaptı. Yerel endüstri altyapısı da aynı anda ilerliyor; Şanghay Çuanşa Yeni İlçesi, Yuanjiwei'nin pilot üretim hattını merkez alarak zincirin üst ve alt taraflarındaki şirketleri çekiyor; Şanghay kenti genelinde iki boyutlu yarı iletkenler, geleceğin endüstrileri arasında öncelikli geliştirme hedefi olarak belirlendi ve araştırma, ortak inovasyon ve ekosistem geliştirme yönünde kapsamlı çaba gösteriliyor; hedef, “araştırma—pilot üretim—kütle üretimi” tam bir endüstri döngüsü oluşturmak. Dikkat edilmesi gereken nokta, iki boyutlu yarı iletken üretim hattının mevcut silikon tabanlı yarı iletken ekipmanlarının yaklaşık %70'ini yeniden kullanabilmesidir; bu durum mevcut endüstri sistemini devirmeyecek, bunun yerine malzeme, ekipman, üretim ve ileri paketleme gibi alanlarda tamamen yeni pazar artışı yaratacaktır.

Üretim sisteminin olgunlaşmasıyla birlikte, iki boyutlu yarı iletkenler mantık hesaplama alanından depolama gibi uygulamalara doğru genişlemektedir.

Mantıksal hesaplama alanında, ülke içinde cihazlardan karmaşık işlemcilere geçiş tamamlandı. 2025 yılında, iki boyutlu yarı iletken malzeme temelinde geliştirilen dünya ilk 32-bit RISC-V mimarisine sahip mikroişlemci "Wuji" tanıtıldı; bu işlemci, molibden disülfür (MoS2) malzemesi kullanılarak üretildi, 5.900 transistör içermekte ve kalınlığı yalnızca 0,7 nanometredir. Tek seviyeli tersleyici verimliliği %99,77'ye ulaşmış olup, malzeme, mimari ve çip üretimi süreçlerinde tamamen yerli geliştirme başarılmıştır; bu da iki boyutlu malzemelerle karmaşık mantıksal devrelerin kurulabilirliğini kanıtlamıştır. Bu işlemci, 1 kHz saat frekansında 37 adet 32-bit RISC-V komutunu seri olarak gerçekleştirebilmekte ve RV32I tamsayı komut kümesi gereksinimlerini karşılamaktadır. Tek seviyede yüksek kazanç ve kapalı durumda aşırı düşük sızıntı akımı özellikleri sayesinde IoT ve kenar hesaplama gibi senaryolarda kullanılabilir.

2026 yılında, Nanjing Üniversitesi'nden Wang Xinran ve Qiu Hao ekibi, Suzhou Ulusal Laboratuvarı ve Huawei ile birlikte, Fab üretim hattına uyumlu iki boyutlu yarı iletken çip tasarımı-üretim-sürecini tamamen entegre ederek, dünyada ilk kez molibden disülfür (MoS2) çoklu paralel mikroişlemcisi "Mengqi (MAGIC)-1000" geliştirdi. Bu işlemci, ortaya çıkan silikon dışı dijital devrelerde transistor entegrasyon yoğunluğu açısından yeni bir rekor kırarak, Çin'in iki boyutlu yarı iletken araştırmalarının üretim hattı entegrasyonu aşamasına girdiğini gösterdi. Çok seviyeli koordineli optimizasyon teknikleri kullanılarak, ekip 0,5 μm endüstriyel üretim sürecinde çok kompakt bir çip alanına 1433 adet MoS2 transistoru entegre ederek "Mengqi-1000" mikroişlemcisini başarıyla üretti. Bu çip, RISC komut setini kullanır ve komut dekodleyici, register bank, aritmetik-mantık birimi ve çoklu seçici olmak üzere dört ana modülden oluşur. Transistor entegrasyon yoğunluğu, önceki uluslararası rekorla kıyaslandığında bir sıralık artış göstererek 9336/mm²'ye ulaşmış ve aynı nodedeki olgun silikon tabanlı üretim süreçleriyle eşitlenmiştir. Çip, iki boyutlu yarı iletkenlerde ilk kez çoklu veri paralel işlemini gerçekleştirmiş ve en yüksek çalışma frekansı 43 kHz'e ulaşmıştır. Ayrıca, iki boyutlu çip üzerinde yerel register bankı entegre ederek, harici bellek erişiminden kaynaklanan gecikme ve bant genişliği sınırlamalarını ortadan kaldırmıştır.

Depolama alanında, iki boyutlu yarı iletkenlerin aşırı düşük sızıntı akımı özellikleri benzersiz stratejik bir değere sahiptir. Fudan Üniversitesi ortak ekibi, şimdiye kadar en düşük sızıntı akımına sahip iki boyutlu yarı iletken transistörünü geliştirdi. Bu ekip, 9,15 saniyede yalnızca bir elektron sızan rekor kıran aşırı düşük sızıntı akımını gerçekleştirdi. Bu temel üzerinde geliştirilen yeni DRAM depolama çipi, sıfır tutma voltajında 8500 saniyeden fazla aşırı uzun veri tutma süresi sağlarken, yüksek hızda okuma/yazma ve çok kapasiteli depolama yeteneğini de bir araya getirdi. Optimize edilmiş kapasitörsüz çift transistörlü DRAM (2T0C), quasi-kalıcı depolama operasyonu, 5-bit depolama doğruluğu ve nanosaniye düzeyinde yazma hızını sağladı. Yuan Jiwei, DRAM’ı öncelikli bir alan olarak belirlemiştir. İki boyutlu yarı iletkenlerin aşırı düşük sızıntı akımı özellikleri, yenileme güç tüketimini büyük ölçüde azaltabilir ve uç cihazlarda ve büyük hesaplama senaryolarında öncelikle uygulanma potansiyeline sahiptir; gelecekte üç boyutlu yığın teknolojisiyle birlikte DRAM kapasitesi adım adım artırılacaktır. 2026 Temmuz’da, Fudan Üniversitesi’nden Zhou Peng ve Liu Chunsen ekibi, oda sıcaklığında tek elektronun kalıcı depolama davranışını ilk kez net bir şekilde gözlemledi ve en büyük kalıcı kuantum depolama penceresine sahip cihazı başarıyla geliştirdi—yalnızca tek bir elektron enjekte edilerek depolama penceresi 0,5 volt’a ulaşabiliyor. Bu, elektrik yükü bilgi depolama teknolojisinin “tek elektron, bir bit” düzeyindeki en yüksek zirveye ulaştığını göstermektedir.

Hesaplama ve depolamanın yanı sıra, iki boyutlu yarı iletkenler daha fazla özel senaryoda yerini alamaz. İki boyutlu yarı iletkenler, uç düzey SOI malzemeleri olarak radyo frekansı analog devreler, radyasyona dayanıklı iletişim, beyin-bilgisayar arayüzü gibi senaryolarda benzersiz avantajlara sahiptir. Bu yıl Ocak'ta, "Fudan-1" uydu platformu依托, iki boyutlu yarı iletken radyasyona dayanıklı radyo frekansı iletişim sistemi ilk kez uzayda yörünge testi başarıyla tamamlandı. Aynı zamanda, iki boyutlu yarı iletkenler esnek ve şeffaf cihazlar olarak üretilebilir ve optoelektronik sensörler, kuantum hesaplama gibi öncü alanlardaki cihaz geliştirme çalışmalarını destekleyebilir.

Şu anda iki boyutlu yarım iletkenler, laboratuvar aşamasını tamamen aşarak mühendislik doğrulama ve küçük ölçekli üretim aşamasına girmiştir. Malzeme üretimi açısından wafer seviyesindeki ilerlemelerden, üretim hatlarının mühendislik açısından entegrasyonuna, ardından hesaplama, depolama ve diğer birçok alanda uygulamaların hayata geçirilmesine kadar, ulusal iki boyutlu yarım iletken zincirinin her bir aşaması hızla ilerlemektedir ve malzeme, ekipman, üretim, tasarım ve uygulama kapsamlı bir zincir oluşturmuştur.

İki boyutlu yarı iletkenler gibi yeni bir alanda uluslararası rekabet tamamen başlamıştır. Bu yeni zincirin oluşumu, Moore sonrası dönem çip teknolojisi için yeni olasılıklar sunmanın yanı sıra, küresel yarı iletken endüstrisi yapısını yeniden şekillendirmede tamamen yeni bir rekabet boyutu açmaktadır.

Bu yazı, WeChat hesabından "Yarı iletken Endüstrisi Yatay" (ID: ICViews) tarafından yayınlanmıştır, yazar: Pengcheng