چین کی 2D سیمی کنڈکٹر صنعتی سلسلہ تیزی سے شکل اختیار کر رہا ہے

دو بعدی نیم چالک، جسے اٹومک لیئر سیمی کنڈکٹر بھی کہا جاتا ہے، ایک ایسا نیم چالک مواد ہے جس کی مرکزی فنکشنل لیئر کی موٹائی صرف ایک اٹوم یا کچھ اٹومز کی ہوتی ہے، جس کی نمائندگی ٹرانزیشن میٹل کھلرائڈز (جیسے مولیبڈینم دی سلفائڈ) کی طرف سے کی جاتی ہے، اور یہ مولر کے بعد کے دور کا اہم مواد ہے۔ جب سلیکون بنیادی چپ پروسیسنگ فزیکل حد تک پہنچ جاتی ہے، تو روایتی سلیکون چینل نیم چالک مواد اپنی صلاحیت کی سرحد تک پہنچ چکے ہیں۔ دو بعدی نیم چالک (جیسے مولیبڈینم دی سلفائڈ، وولفرام دی سیلینائڈ، انڈیئم سیلینائڈ وغیرہ) اپنے اٹومک لیول کے موٹائی کے قدرتی فائدے کے ساتھ، شارٹ چینل سائز میں وافل لیول اٹومک لیوبل کے ساتھ قدرتی طور پر مضبوط گیٹ کنٹرول کو حاصل کرتے ہیں، جسے مولر کے بعد کے دور کا سب سے زیادہ ممکنہ غیر سلیکون نئے مواد سمجھا جاتا ہے۔

اب، عالمی سطح پر صنعتی اتفاق رائے تیزی سے تشکیل پا رہا ہے۔ تائیوان سیمی کنڈکٹر مینوفیکچرر (TSMC)، انٹیل، سامسنگ جیسے بین الاقوامی ویفر مینوفیکچرنگ گیانٹس، اور IMEC، IRDS جیسے ٹاپ ریسرچ ادارے، دو بعد کے سیمی کنڈکٹرز کے شعبے میں واضح طور پر سرمایہ کاری کر رہے ہیں اور ان کا خیال ہے کہ 1nm نوڈ کے بعد یہ مرکزی کمپوننٹس کے طور پر ہیٹرو جنکشن سسٹمز میں شامل ہوں گے۔ جون 2026 میں، TSMC نے ASML اور imec کے ساتھ VLSI سیمینار میں 300 مم ویفر پر 50 نانومیٹر کانٹیکٹ گیٹ پچ کے ساتھ دو بعد کے n/pFETs کا اینٹیگریشن پہلی بار دکھایا، جس سے یہ ظاہر ہوتا ہے کہ بین الاقوامی گیانٹس دو بعد کے ٹرانزسٹرز کو لیب سے پیداوار تک لانے کی رفتار بڑھا رہے ہیں۔ اس صورتحال میں، ملکی سپلائی چین نے بھی مکمل زنجیر کو ترقی دینا شروع کر دیا ہے، جس میں مواد کی تیاری، آلات کا خود مختار ترقی، چپ اینٹیگریشن اور اکوسسٹم کا تعمیر شامل ہیں، اور دو بعد کے سیمی کنڈکٹرز کی سپلائی چین شکل لینا شروع ہو گئی ہے۔

دو بعدی نیم چالک کو سلیکون کے بعد کے چپ تیاری کا اہم مواد سمجھا جاتا ہے، لیکن دو بعدی نیم چالک مواد کی بڑے پیمانے پر، اعلی معیار والی ویفر تیاری ان کے صنعتی استعمال کے لیے پہلی شرط ہے۔ اس میں، کیمیکل ویپر ڈپوشن (CVD) اور میٹل آرگینک کیمیکل ویپر ڈپوشن (MOCVD) مستقبل میں دو بعدی نیم چالک مواد کے بڑے پیمانے پر تیاری کے لیے اہم ٹیکنالوجیز ہیں۔

ڈیوائسز اور مواد کے اگانے کے شعبے میں، نانجنگ یونیورسٹی کے پروفیسر وانگ شین رن کی ٹیم اور ان کا صنعتی تبدیلی پلیٹ فارم جی موئن کارپوریشن نے مل کر کام کیا، جس سے “学术创新—设备研制—工艺验证” کا ایک گہرا، بند حلقوں والا نظام تشکیل پایا، جس نے ویفر لیول 2D سیمی کنڈکٹر سینگل کرستل تیار کرنے کے شعبے میں متعدد ترقیات حاصل کیں۔ اکتوبر 2025 میں، ٹیم نے جی موئن کارپوریشن کے خود ساختہ Oxy-MOCVD 200 ultra ڈیوائس (جو کہ تمام اہم اجزاء 100% چین میں تیار ہوئے) کا استعمال کرتے ہوئے، نوآوری والے سبسٹر انجینئرنگ طریقے کے ذریعے دنیا بھر میں پہلی بار 6 انچ کے 2D ٹرانزیشن میٹل کھلائیڈ سیمی کنڈکٹر سینگل کرستل کا سائنسی طور پر تجارتی سطح پر تیار کرنا ممکن بنایا، جو MoS₂، WS₂، WSe₂ سمیت متعدد مواد کے ساتھ مطابقت رکھتا ہے، اور 150 ملی میٹر ویفر پر ایک طرفہ ڈومین االائنمنٹ کی شرح 99% سے زائد ہے۔ جنوری 2026 میں، ٹیم نے جن东南 یونیورسٹی کے وانگ جن لان کی ٹیم کے ساتھ مل کر ایک نئی آکسیجن مددگار میٹل آرگینک کیمیکل ویپر ڈپوزیشن (oxy-MOCVD) ٹیکنالوجی ترقی دی، جس نے اگانے کے ڈائنامکس کنٹرول کے بند راستے کو دور کرتے ہوئے، مولبڈینم دو سلفائڈ (MoS₂) کے ڈومینز کا اوسط سائز صد سالوں کے نانومیٹر سے سینکڑوں مائکرومیٹر تک بڑھا دیا، جس سے بڑے رقبے پر ہم آہنگ اگانے کا تجارتی مسئلہ حل ہوا، اور کاربن آلودگی کا مسئلہ بھی بنیادی طور پر روک لیا گیا۔ اس پروسس کے بناء پر، جی موئن نے اپنے ڈیوائسز کو گہرا کسٹمائز کر دیا، جس سے نچلے مرحلے کو پلگ اینڈ پلے پروسس کابILITIES فراہم ہوئیں، اور موجودہ ٹیکنالوجی سسٹم MoS₂، MoSe₂، WS₂، WSe₂ سمیت تمام بنیادی 2D سیمی کنڈکٹر مواد تک پھیلا ہوا ہے۔ اس بناء پر، جی موئن نے دنیا بھر میں پہلی بار 8 انچ کے 2D سیمی کنڈکٹر سینگل کرستلز کا تجارتی سطح پر تولید بھي شروع کر ديا، اور ان مصنوعات کو کینبرج یونینورسٹي، فودان یونینورسٹي سميت عالمي سطح پر مشہور تحقيقاتي اداروں ميں شامل کيا جا چکا ہے، اور نچلے مرحلے والے چپ تولید کرنے والے اداروں کے ساتھ تعاون شروع کر ديا ہے، جس سے لاب روم نمونوں سے لے کر صنعتي سطح پر مواد تک کا اہم راستہ مکمل ہو گيا۔

除了主流n型材料，p型二维半导体的晶圆级制备短板也已补齐。与硅基电子器件类似，晶圆级n型、p型二维半导体单晶是构筑二维CMOS集成电路的基础和前提。迄今为止，科研人员已开发出多种n型二维半导体材料，其中MoS2、WS2等已实现了晶圆级单晶制备；然而兼具高迁移率与优异稳定性的p型二维半导体仍然十分稀缺，实现此类材料的晶圆级单晶生长则更加困难。2026年7月，中国科学院金属研究所团队取得突破，成功制备出大面积高性能p型MoSi₂N₄单层单晶晶圆。该材料体系由该团队首创，此前仅能制备多晶薄膜，晶界缝隙会大幅降低器件性能，转移加工时也易破损；此次研究通过特殊单晶基底的台阶引导效应，实现了材料定向生长与无缝拼接，彻底补齐了二维CMOS电路长期缺失优质p型材料的核心短板。

خصوصی مواد کے شعبے میں، پکنگ یونیورسٹی کے پروفیسر پینگ ہائلین کی تحقیقی ٹیم نے پہلی بار ویفر سائز پر انتہائی پتلا، یکساں فیروالیکٹرک فلم اور ان کی ہائیٹرواسٹرکچر کا کنٹرولڈ تیار کرنا ممکن بنایا، اور انتہائی کم وولٹیج (0.8V)، انتہائی زیادہ استحکام (1.5×10¹² سے زیادہ سائکل) والے تیز رفتار فیروالیکٹرک ٹرانزسٹر بنائے، جن کی مجموعی کارکردگی موجودہ صنعتی سطح کے ہافنیم-بنیادی فیروالیکٹرک سسٹم سے کافی بہتر ہے، اور یہ اب تک کے معلوم سب سے کم وولٹیج، سب سے کم توانائی استعمال کرنے والے اور سب سے بہترین استحکام والے فیروالیکٹرک ٹرانزسٹر ہیں۔ اس نے بین الاقوامی سطح پر پہلی بار اعلی کارکردگی والے ویفر سائز کے دو بعدی فیروالیکٹرک مواد کا نظام پیش کیا، جو توانائی کے لحاظ سے موثر جدید چپس کے ترقی کے لیے انقلابی مواد کا بنیادی اور عملی راستہ فراہم کرتا ہے۔

مواد اور ڈیوائسز کی کامیابی کا آخری مرحلہ معیاری تیاری کے نظام میں اتارنا ہے۔

9 جولائی 2026 کو، پودونگ میں اصل جی مائیکرو ٹیکنالوجی نے 8 انش کی دو بعدی سیمی کنڈکٹر انجینئرنگ ڈیمو پروسیس لائن مکمل طور پر چلانا شروع کر دیا، جو چین میں دو بعدی سیمی کنڈکٹر کے لیے تحقیق سے صنعتی ترقی کا ایک اہم محطہ ہے۔ یہ پروسیس لائن جنوری 2026 میں لائٹ اپ ہوئی، اور صرف ستھرے سے زائد ماہ میں تمام آلات کی ٹیسٹنگ اور پروسیس کا بہترین جائزہ لے لیا گیا۔ لیب چھوٹے پائلٹ پلیٹ فارم سے الگ، اب یہ مکمل وافل اور انجینئرنگ پائلٹ پروڈکشن کی صلاحیت رکھتی ہے، اور مواد کی تیاری سے لے کر چپ انٹیگریشن تک مکمل انجینئرنگ زنجیر بنائی گئی ہے۔ اس سے پہلے، چین میں دو بعدی سیمی کنڈکٹر کا تحقیق زیادہ تر یونیورسٹی لیبز میں مرکوز تھا، جہاں ڈوائس کی تیاری چھوٹے پائلٹ ہینڈ مینوفیکچرنگ پر منحصر تھی، جو صنعتی معیارات سے بہت دور تھا؛ اصل جی مائیکرو ٹیم نے دس سال کے محنت سے وافل نمو، انٹیگریشن پروسیس، ڈوائس مڈلنگ، سرکٹ ڈیزائن اور پیکجینگ ٹیسٹنگ تک مکمل پروسیس کو جوڑ دیا۔

متعلقہ ٹیکنالوجی ڈیزائن کٹ (PDK) بھی ایک ساتھ متعارف کرایا گیا، جس سے ڈیزائن اور تیاری کے درمیان کیڑے کو ختم کیا گیا۔ اصل جی وی نے 8 انش کے پائلٹ لائن پر مبنی 500 نینومیٹر PDK 0.1 ورژن جاری کیا، جو دو بعدی سیمی کنڈکٹر شعبے میں پہلا ایسا پروسیس IP ہے جو مقبول EDA ٹول چین کے ساتھ مطابقت رکھتا ہے، جس میں Pcell، DRC، LVS، PEX سمیت تمام ٹولز شامل ہیں۔ پروسیس یقینیت 99.99% سے زائد ہے، اور تمام اشارے بین الاقوامی ریکارڈ توڑ چکے ہیں، جو سلیکون کے مساوی پروسیس کے قریب پہنچ گئے ہیں، مستقبل میں 100,000 ٹرانزسٹرز والے دو بعدی سرکٹس کے ڈیزائن اور وافر لیول تیاری کو سپورٹ کرے گا۔

پیدائشی لائن کے مکمل ہونے اور PDK کے جاری ہونے کے ساتھ، ٹریڈنگ سروسز اور صنعتی ایکوسسٹم بھی شروع ہو گئے۔ پکنگ یونیورسٹی، تشنگہوا یونیورسٹی، شنگھائی جیائوٹونگ یونیورسٹی، نانجنگ یونیورسٹی جیسے یونیورسٹی ٹیمز نے یوان جی مائیکرو کے ساتھ اسکول-صنعت ریسرچ اور ترقی کے معاہدے کر لئے ہیں، اور وافل فارمینگ سروسز کو تحقیقی شعبے کے لیے مکمل طور پر کھول دیا گیا ہے؛ شیان کا پائلٹ انسٹیٹیوٹ، شنگھائی 2D سٹار ٹیکنالوجی جیسے کمپنیاں بھی صنعتی سلسلہ کے ساتھ تعاون کے معاہدے پر رضامند ہو گئی ہیں، جس میں پروسیس پلیٹ فارم کا شیئرنگ، ٹرانسفر آف ٹیکنالوجی اور ایکوسسٹم کا تعمیر شامل ہے۔ مقامی صنعتی سہولیات بھی اس کے ساتھ ساتھ آگے بڑھ رہی ہیں، شنگھائی کے چوانشا نئے علاقے نے یوان جی مائیکرو کے پائلٹ لائن کو مرکزی ذرائع بنایا ہے اور صنعت کے اوپر اور نیچے کے کاروباروں کو اکٹھا کرنے کا ارادہ رکھتا ہے؛ شنگھائی شہر کے سطح پر 2D سیمی کنڈکٹرز کو مستقبل کی صنعتوں میں اہم ترقیاتی سمت کے طور پر شامل کر دیا گیا ہے، جس میں تحقیق و ترقی، تعاون پر مبنی نوآوری اور ایکوسسٹم کے ترقی کو مکمل طور پر فروغ دینے کا مقصد رکھا گیا ہے، جس کا مقصد "تحقیق—پائلٹ—بڑے پیداوار" کا مکمل صنعتی حلقوں کا تشکیل دینا ہے۔ قابل ذکر بات یہ ہے کہ 2D سیمی کنڈکٹرز لائن میں موجودہ سلکون-بنیادی سیمی کنڈکٹرز کے اوزاروں کا تقریباً 70 فصد استعمال کیا جا سکتا ہے، جو موجودہ صنعتی نظام کو الٹ نہیں دے گا، بلکہ مواد، اوزار، ت制造، اور اعلٰى پیکجینگ جیسے حصوں میں مکمل طور پر نئے مارکٹ کا اضافہ کرے گا۔

manufacturing system کی پختگی کے ساتھ، دو بعدی نصف موصل بھی منطقی کمپیوٹنگ سے لے کر میموری جیسے اطلاقات تک وسعت پا رہے ہیں۔

منطقی حساب کے شعبے میں، چین نے ڈیوائس سے لے کر پیچیدہ پروسیسر تک کا انتقال مکمل کر لیا ہے۔ 2025 میں، دنیا کا پہلا 2D سیمی کنڈکٹر مٹیریل پر مبنی 32-بٹ RISC-V آرکیٹیکچر کا مائیکرو پروسیسر "ووجی" جاری کیا گیا، جس میں مولیبدنم دو سولفائڈ (MoS2) استعمال کیا گیا ہے، جس میں 5900 ٹرانزسٹرز ایکٹھے کیے گئے ہیں، جس کی موٹائی صرف 0.7 نینومیٹر ہے، اور ایک سطح کے انورٹر کی 99.77% کامیابی شرح حاصل ہوئی، جس نے مٹیریل، آرکیٹیکچر اور چپ ڈیزائن تک کے پورے سلسلے کو خود مختار طور پر ترقی دے دیا ہے اور 2D مٹیریل سے پیچیدہ منطقی سرکٹس بنانے کی ممکنہ صلاحیت کا ثبوت دیا ہے۔ یہ پروسیسر 1kHz کلاک فریکوئنسی پر 37 RISC-V 32-بٹ انسٹرکشنز کو سیریل طور پر انجام دے سکتا ہے اور RV32I انٹیجر انسٹرکشن سیٹ کے تقاضوں کو پورا کرتا ہے۔ اس میں ایک سطح کا اعلیٰ فائدہ اور آف سٹیٹ بہت کم لیکج کا خاصہ شامل ہے، جو آئی اوٹی، ایج کمپوٹنگ جیسے سیناریوز کے لئے مناسب ہے۔

2026ء میں، نانجنگ یونیورسٹی کے وانگ شینران اور چیو ہاؤ ٹیم نے سوژو نیشنل لیب کے ساتھ ہواوی کے تعاون سے فیب لائن کے مطابق دو بعدی سیمی کنڈکٹر چپ ڈیزائن، پروسیس اور تیاری کے مکمل سلسلے کو مکمل کیا اور دنیا کا پہلا مولیبڈینم سلفرائیڈ (MoS2) متعدد بٹ پیرلل مائیکرو پروسیسر "منگ چی (MAGIC)-1000" تیار کیا، جس نے نئے غیر سلیکون ڈیجیٹل سرکٹس کے لیے ٹرانزسٹر انسٹیلیشن ڈینسٹی کا نیا ریکارڈ قائم کیا، جس سے چین کا دو بعدی سیمی کنڈکٹر تحقیق کا شعبہ فیب اندماج کے نئے مراحل میں داخل ہو گیا۔ عبوری سطحوں کے تعاون کے بنیاد پر، ٹیم نے 0.5 مائکرومیٹر صنعتی عمل کے تحت انتہائی تنگ چپ رقبے میں 1433 MoS2 ٹرانزسٹرز کو اکٹھا کیا اور "منگ چی-1000" مائیکرو پروسیسر تیار کیا۔ یہ چپ RISC انستروکشن سیٹ استعمال کرتی ہے، جس میں انستروکشن ڈیکوڈر، رجسٹر فائل، آرکمیٹک لاجک یونٹ، اور متعدد منتخب کنندگان شامل ہیں۔ ٹرانزسٹر ڈینسٹی پہلے عالمی ریکارڈ سے ایک درجہ بڑھ کر 9336 فی مربع ملی میٹر تک پہنچ گئی، جو اسی نوڈ پر بالغ سلیکون پروسیس کے برابر ہے۔ اس چپ نے دو بعدی سیمی کنڈکٹرز پر متعدد بٹ ڈیٹا پیرلل آپریشن کو پہلی بار حاصل کیا، جس کا اعلٰی عملی فریکوئنسی 43 کلوہرٹز تک پہنچ سکتا ہے، اور دو بعدی چپ پر آن-چپ رجسٹر فائل شامل کرکے باہر کے مموری سے حاصل ہونے والے اینٹرو اور بینڈ ودتھ بوتل نک از ختم کردیا۔

اسٹوریج کے شعبے میں، دو بعدی نصف موصل کی انتہائی کم لیکیج خصوصیات منفرد طور پر اہمیت رکھتی ہیں۔ فودان یونیورسٹی کی مشترکہ ٹیم نے تکنیکی طور پر اب تک کم ترین لیکیج کرنت والے دو بعدی نصف موصل ٹرانزسٹر تیار کیے ہیں۔ یہ ٹیم نے ریکارڈ شدہ انتہائی کم لیکیج کرنت حاصل کیا — جو تقریباً 9.15 سیکنڈ میں صرف ایک الیکٹران کی لیکیج کے برابر ہے۔ اس کے بنیاد پر تیار کردہ نئے DRAM اسٹوریج چپ نے صفر رکھنے والی وولٹیج پر 8500 سیکنڈ سے زائد لمبا ڈیٹا رکھنے کا وقت حاصل کیا، جبکہ تیز رفتار پڑھنے اور لکھنے کے ساتھ ساتھ متعدد کپاسٹی کے قابل ہے۔ بہتر شدہ بے کنڈنسر دو ٹرانزسٹر DRAM (2T0C) نے قریب غیر معدوم اسٹوریج آپریشن، 5 بٹ اسٹوریج درستگی اور نینو سیکنڈ کی لکھنے کی رفتار حاصل کی۔ یوان جی مائکرو نے DRAM کو اپنے مرکزی ترقیاتی سمت کے طور پر تجویز کیا ہے۔ دو بعدی نصف موصل کی انتہائی کم لیکیج خصوصیات رفرش طاقت کو بڑھا دے گی، جس سے اس کا استعمال حاشیہ اور بڑے کمپوٹنگ سیناریوز میں پہلے عمل میں لایا جا سکتا ہے، اور مستقبل میں تین بعدی اسٹیکنگ ٹیکنالوجی کے ساتھ ملا کر DRAM کی کپاسٹی مسلسل بڑھائی جا سکتی ہے۔ جولائِ 2026 میں، فودان یونیورسٹی کے زہو پینگ اور لِو چون شن ٹیم نے مزید آگے بڑھتے ہوئے، پہلی بار کمرے کے درجہ حرارت پر منفرد الیکٹران کے غیر معدوم اسٹوریج روئوں کو واضح طور پر مشاہدہ کیا اور دنیا کا سب سے بڑا غیر معدوم کوانٹم اسٹوریج ونڈو والامحصول کرنے والا ڈِوائس تخلیق کیا — صرف ایک الیکٹران انجکٹ کرنے سے اسٹوریج ونڈو 0.5 وولٹ تک پہنچ جاتا ہے۔ یہ برقی معلومات اسٹوریج ٹیکنالوجی کو "ایک الیکٹران، ایک بٹ" تک پہنچانے والا عظیم ترین نقطہ ہے۔

کیلکولیشن اور اسٹوریج کے علاوہ، دو بعدی سیمی کنڈکٹرز کئی خاص استعمالات میں غیر قابل تReplacement فوائد رکھتے ہیں۔ دو بعدی سیمی کنڈکٹرز، جو انتہائی SOI مواد ہیں، ریڈیو فریکوئنسی اینالاگ سرکٹس، کسش کے خلاف مواصلات، اور مغز-کمپیوٹر انٹرفیس جیسے مناظر میں منفرد فوائد رکھتے ہیں۔ جنوری 2024 میں، "فودان نمبر ون" سیٹلائٹ پلیٹ فارم کے ذریعے، دو بعدی سیمی کنڈکٹرز کا کسش کے خلاف ریڈیو فریکوئنسی مواصلاتی نظام پہلی بار اسپیس میں تصدیق کیا گیا۔ اس کے علاوہ، دو بعدی سیمی کنڈکٹرز کو لچکدار اور شفاف ڈیوائسز کے طور پر تیار کیا جا سکتا ہے، جو فوٹونکس سینسنگ، کوانٹم کمپوٹنگ جیسے آگے کے شعبوں میں ڈیوائسز کے ترقی کو سہارا دے سکتے ہیں۔

اب، دو بعدی سیمی کنڈکٹرز لیب سے نکل چکے ہیں اور انژینئرنگ تصدیق، مختصر سیریز کے چپ پیداوار کے نئے مراحل میں داخل ہو چکے ہیں۔ مواد کی تیاری کے ویفر لیول کی کامیابی سے لے کر تیاری لائنوں تک کے انژینئرنگ ایکیلیشن، اور کمپوٹنگ، اسٹوریج اور دیگر شعبوں میں استعمال تک، ملکی دو بعدی سیمی کنڈکٹر سپلائی چین کا ہر حصہ تیزی سے آگے بڑھ رہا ہے، جس سے مواد، آلات، تیاری، ڈیزائن اور استعمال تک کا ایک مکمل سپلائی چین شروع ہو چکا ہے۔

دو بعدی سیمی کنڈکٹر پر مشتمل نئے شعبے میں بین الاقوامی مقابلہ پوری طرح شروع ہو چکا ہے۔ اس نئی سپلائی چین کے قائم ہونے سے مور کے بعد کے دور کی چپ ٹیکنالوجی کے لیے نئے امکانات پیدا ہوئے ہیں، اور عالمی سیمی کنڈکٹر صنعت کے ڈھانچے کو دوبارہ شکل دینے میں ایک مکمل نیا مقابلہ کا پہلو کھولا گیا ہے۔

یہ مضمون ویچن گروپ "سیمی کنڈکٹر صنعت کا افق" (ID: ICViews) سے ہے، مصنف: پنگچینگ