北大 "鉍基芯片" 橫空出世：硅時(shí)代，再見(jiàn)！

北京大學(xué)正大步邁入后硅時(shí)代與埃米級（?ngstr?m）半導體領(lǐng)域。該校研究團隊近日在《自然》雜志發(fā)表論文，宣布成功研制全球首顆二維低功耗全環(huán)繞柵場(chǎng)效應晶體管（GAAFET），這項由彭海林教授、邱晨光教授領(lǐng)銜的跨學(xué)科成果，被團隊成員稱(chēng)為 "里程碑式突破"。

彭海琳團隊合影（右一為彭海琳）

技術(shù)核心：從 "硅基捷徑" 到 "二維換道"

北大團隊制備出論文所述的 "晶圓級多層堆疊單晶二維全環(huán)繞柵結構"。何為二維環(huán)柵晶體管？顧名思義，“二維”指二維半導體材料、“環(huán)柵”表示柵極全環(huán)繞包圍半導體溝道的結構。二維環(huán)柵晶體管是未來(lái)集成電路芯片功耗縮放與性能釋放的最優(yōu)解之一，這已成為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的共識。彭海林在接受《南華早報》采訪(fǎng)時(shí)強調："這是史上速度最快、效率最高的晶體管。若將基于現有材料的芯片創(chuàng )新比作 ' 走捷徑 '，我們的二維材料晶體管研發(fā)則是 ' 換道超車(chē) '。"

團隊測試顯示，該晶體管在相同工況下性能超越英特爾、臺積電、三星等廠(chǎng)商的同類(lèi)產(chǎn)品。要理解這項突破，需從GAAFET 技術(shù)演進(jìn)說(shuō)起：

· MOSFET（平面柵）：柵極僅控制源極單平面

· FINFET（鰭式柵）：柵極包裹源極三平面

· GAAFET（全環(huán)繞柵）：柵極 360° 包圍源極（如三星 MBCFET 技術(shù)）

作為 3 納米及以下制程的核心技術(shù)，GAAFET 并非新概念。北大的革命性在于用二維材料替代硅基—— 選用的 ** 硒氧化鉍（Bi?O?Se）** 是近年研究熱點(diǎn)，其原子級厚度（~1 納米）不僅解決了硅基 10 納米以下載流子遷移率衰減問(wèn)題，還兼具柔性與穩定性。

從硅到鉍：中國半導體的 "破局之路"

這項堆疊二維晶體管的突破，對中國半導體產(chǎn)業(yè)意義非凡。它能夠繞過(guò)光刻機封鎖，因受美國芯片禁令影響，中國無(wú)法獲取支撐 7nm 以下制程的EUV光刻機，而二維材料晶體管可通過(guò)材料創(chuàng )新跳過(guò)傳統光刻路徑，實(shí)現埃米級（1?=0.1nm）精度。

并且，論文指出，鉍基材料在 1nm 以下節點(diǎn)的性能潛力，或使中國在制程競賽中 "彎道超車(chē)"，而非單純追趕。

值得注意的是，團隊特別提到技術(shù)的量產(chǎn)可行性——其晶圓級制備工藝兼容現有產(chǎn)線(xiàn)，無(wú)需重建基礎設施，這為從實(shí)驗室到產(chǎn)業(yè)化縮短了周期。

中美技術(shù)博弈下的 "時(shí)間賽跑"

隨著(zhù)美國考慮擴大對 GAAFET 技術(shù)的出口管制，中國科研團隊正與 "技術(shù)冷戰" 賽跑。當西方試圖用禁令筑起高墻，我們選擇在材料維度開(kāi)辟新戰場(chǎng)。二維半導體不僅是技術(shù)突破，更是戰略選擇。 

盡管 2D GAAFET 未必是未來(lái)主流，但這項研究標志著(zhù)中國青年科研群體的創(chuàng )新銳氣 —— 在芯片戰爭的硝煙中，他們用鉍原子級的突破，為半導體產(chǎn)業(yè)寫(xiě)下 "另一種可能"。（技術(shù)細節基于《自然》論文及北大官網(wǎng)聲明）