我们赢了！突破摩尔定律限制，中国研制出全球首款二维半导体芯片

2025年4月2日，复旦大学集成芯片与系统全国重点实验室周鹏教授和包文中研究员联合团队在《自然》主刊发表论文，宣布成功研制出全球首款基于二维半导体材料的32位RISC-V架构微处理器“无极”。

这块芯片集成5900个二硫化钼场效应晶体管，首次把二维半导体从实验室单管级或阵列级推向系统级集成，集成度比国际此前最高纪录115个晶体管提升了51倍。

它采用开源RISC-V指令集，在32位输入指令控制下能完成最大42亿次数据加减运算，支持GB级数据存储和最长10亿条精简指令集的程序编写，电源电压5V，由外部时钟信号调控，整个电路独立运行，不需要额外偏置或控制信号。

这项成果标志着中国在后摩尔时代芯片材料路径上迈出关键一步，二维半导体以原子级厚度避开了硅基材料在3纳米以下节点面临的短沟道效应、漏电和散热难题，为低功耗边缘计算打开了新空间。

包文中投入晶圆级二维半导体可控生长和实际应用研究，搭建起国内首条二维半导体专用试验线。

那时候二维材料还停留在基础器件验证阶段，国际上最高集成规模也只有百余个晶体管。

包文中和周鹏教授的团队用了整整五年时间，一步步攻克从材料生长到器件集成再到电路验证的全链条难题。

他们采用化学气相沉积法实现MoS2单层在晶圆上的均匀生长，面对原子级厚度带来的界面调控难度，团队开发出“原子级界面精准调控+全流程人工智能（AI）算法优化”的技术，通过大量材料和工艺数据训练模型，快速筛选最优参数组合，把试错周期缩短了数十倍。

这种人工智能（AI）驱动方式让工艺精度和规模均匀性得到同步提升，反相器良率达到99.77%，单级高增益和关态超低漏电特性也得到验证。

二维半导体制造的难度在于，它像在豆腐上雕花，必须用更温和精细的工艺，避免高能粒子损伤超薄材料。

团队选择柔性等离子处理等低损伤技术，芯片四层结构中前道工序完成源漏极和栅极层，后道工序完成逻辑连接层和模块连接层，整个集成工艺有70%左右直接沿用现有硅基产线成熟技术，其余核心步骤则靠自主设计的专用设备完成，积累了20多项发明专利。

这样既降低了成本，又避开了对先进极紫外光刻机的依赖。

包文中在团队积累中反复强调，过去几十年集成电路产业的发展为二维半导体提供了丰富借鉴经验，性能有望在较短时间内追上硅基，形成长期共存、应用互补的局面。

周鹏教授也指出，“无极”虽然采用微米级工艺，但功耗已与纳米级硅基芯片相当，如果接入更好光刻设备还能进一步降低，在对低功耗要求高的场景里优势明显。

不过他同时明确，这只是概念验证原型，整体性能与商用芯片还有差距，当前不具备市场优势，下一步需要继续提升集成度和搭建稳定工艺平台。

成果发表后，团队没有止步于论文。

2025年2月，包文中创办原集微科技（上海）有限公司，作为复旦大学科技成果转化衍生企业，专注于二维半导体集成电路制造。公司很快与复旦大学完成过千万元技术转化协议，组建起青年工程师团队和科学家顾问团。

2025年6月，原集微启动建设国内首条二维半导体工程化验证示范工艺线，选址上海浦东新区川沙，占地约1000平方米。

这条线从立项到设备进场安装，体现了高校技术快速向产业转化的效率。

2025年12月，公司完成近亿元天使轮融资，由中赢创投、浦东创投领投，多家机构跟投，资金专项用于核心工艺研发、专用设备采购和人才扩充，进一步加速从实验室向中试产线的跨越。

2026年1月6日，这条全国首条二维半导体工程化示范工艺线在浦东川沙正式点亮。

启动仪式上展示了首批基于该工艺线生产的验证产品，表明中国二维半导体技术已经具备从科研走向规模化制造的基础条件。

原集微科技作为国内首家专注二维半导体集成电路制造的高技术企业，由包文中亲自带领，标志着“无极”背后的全链条自主研发成果正式进入产业化推进阶段。

工艺线点亮后，团队继续围绕材料生长、器件加工、电路设计和封装测试等环节开展工程化验证，深化与现有硅基产线的融合，推动核心二维特色工艺在实际产品中的应用。

这项突破的意义在于，它为摩尔定律逼近物理极限提供了切实可行的替代路径。

传统硅基材料在厚度减薄到5纳米以下时，表面悬挂键导致迁移率下降、阈值电压难以控制，而二维半导体天然原子级厚度和无悬挂键的表面，让载流子在平面内无损输运，栅控能力强，工艺步骤也能大幅精简。

国际上英特尔、三星、台积电和欧洲微电子中心都把二维半导体列为1纳米节点后的核心技术方向，中国团队这次从材料到架构再到流片的完整验证，抢占了先发位置。

未来在无人机、机器人、可穿戴设备这些低功耗边缘算力场景里，二维半导体芯片有望发挥突出作用，同时它在抗辐照性能上的优势，也为航天和卫星应用提供了新选项。

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