近日，Chip期刊正式发布“Chip 2025中国芯片科学十大进展”，北京科技大学张跃院士团队的创新成果“原子层键合：让二维半导体‘无缝对接’工业应用”入选。

北京科技大学张跃院士团队

原子层键合：让二维半导体“无缝对接”工业应用

成果创新性提出了原子层键合接触学术思想，首次实现了二维半导体材料的表面单原子层精准去除和金属原子共格外延，研制出达到后道集成工艺热预算要求的二维晶体管器件，各项性能指标全面超过了国际半导体器件与系统（IRDS）技术路线图的要求，有力推动二维半导体器件从实验室向工程化制造发展。

北京科技大学前沿交叉科学技术研究院张跃院士团队，长期深耕埃米制程集成电路的二维半导体材料新赛道。针对硅基芯片逼近物理极限、我国面临的紧迫局面，团队以二维半导体材料作为“换道超车”的关键材料突破口，围绕晶圆级材料制造、高性能晶体管构筑、低功耗逻辑电路设计以及与硅基兼容的全链条加工技术等方面取得了系统性原创成果，率先建设国内首条8英寸二维半导体晶圆制造与集成示范平台，验证了二维半导体在成熟制程芯片等效先进制程芯片技术路线的可行性，孵化了北科天弓天芯（北京）科技有限公司，全链推进产业化进程，创造了中国方案和技术路线，为建立我国集成电路新赛道奠定了坚实基础。

系列成果入选中关村论坛常驻成果展

二维半导体：后摩尔时代备受瞩目的“新赛道”

二维半导体是一类厚度只有单个或少数几个原子层的材料，以二硫化钼（MoS₂）为代表，其厚度不足1纳米。它之所以成为当前国际研究热点，源于一场迫在眉睫的“瓶颈危机”：随着硅基芯片尺寸不断微缩，晶体管尺寸已逼近材料极限，继续微缩会导致漏电加剧、功耗飙升、性能停滞，摩尔定律受到严峻挑战。而二维半导体凭借原子级超薄体结构、优异的静电调控能力、低功耗特性和对短沟道效应的天然免疫，被国际器件与系统路线图（IRDS）明确列为后摩尔时代最具潜力的延续摩尔定律、支撑1纳米及以下（埃米时代）制程的重要技术路线。

目前，全球顶尖半导体企业和科研机构均已在此赛道密集布局。美国出台《国家微电子研究计划》支持二维半导体材料能力建设，随后发布了ELEGANT项目，全面推进二维半导体产业化进程；欧盟也已经启动地平线计划，建设二维半导体先导工艺线，推进关键技术研发；韩国在K计划中组建了十所高校和企业的研发团队，加速二维半导体全链条技术迭代。ASML、台积电、IMEC等已经在300毫米晶圆上的二维晶体管的可扩展集成方面，实现了50纳米接触栅，正在推动二维晶体管的工业化进程；科研层面，1纳米节点的高性能二硫化钼晶体管、晶圆级单晶材料的外延生长、二维半导体“栅极堆叠”技术路线等成果不断涌现，二维半导体已进入从实验室材料向芯片产业化快速迈进，产业链初步孕育的关键阶段。

6英寸2位 MCU微处理器阵列

张跃院士团队持续发力掌握关键核心技术

为了推动我国二维半导体材料电子学器件在集成电路新赛道上的快速发展，打破集成电路长期受制于人的窘境，张跃院士团队面向国家重大战略需求，提出了与硅基融合发展的二维半导体材料与器件的技术路线图，建成了国内首个6英寸实验平台，并牵头建设国内首个8英寸中试线，在科技部、教育部等部门重大攻关项目支持下，团队在材料、器件、电路、工艺的全链条实现系统性突破，为集成电路二维半导体材料新赛道上实现核心技术突破提供了扎实的中国方案和技术路线，有力推动了我国在集成电路国际竞争中抢占战略制高点。

搭建从实验室通向工程化的桥梁——具备全链条工艺的8英寸中试平台

2024年，在完成六英寸二维半导体实验平台的建设任务和全链工艺验证的基础上，张跃院士团队获批国家重大专项建设项目，牵头建设了国内首条8英寸二维半导体中试平台，北京市昌平区政府、新紫光集团和北京华大九天科技有限公司共同参与建设，计划于2027年完成验收。项目建设面向规模化量产的需求，打通 "材料 — 工艺 — 芯片" 全链条技术路线，建立政、产、学、研、用融合发展的创新模式和生态，推动应用场景牵引的新技术研发和工程化发展。高质量的平台建设孕育出了一系列原创性的突破成果，加快了二维半导体技术成果转化落地。

突破芯片制造“热预算”瓶颈——独创原子层键合接触技术

二维半导体如何与金属电极稳定接触，是阻碍其进入先进制程的关键难题。2025年11月，团队创新性的提出“原子层键合”（ALB）原创思想和技术，首次实现了二维半导体材料的表面单原子层精准去除和金属原子共格外延，研制出达到后道集成工艺热预算要求的二维晶体管器件，各项性能指标全面超过了国际半导体器件与系统（IRDS）技术路线图的要求，有力推动二维半导体器件从实验室向工程化制造发展。成果发表于《科学》（Science），被《科学》、《自然·纳米科技》（Nature Nanotechnology）等期刊评述为二维半导体领域的重大里程碑进展，入选2025中国芯片科学十大进展。

攻克晶圆级高质量材料制备的难题——建立“张氏生长法”

大规模生产高质量二维半导体材料是工业化的首要前提。团队创新提出“张氏生长法”，在常压下快速生长出厘米级、无晶界的单晶二硫化钼，生长速度比传统工艺快一个量级，缺陷密度极低，并成功制备2英寸高品质单晶晶圆，晶体管良率和一致性优异，现已完成8-12英寸晶圆规模化生产装备研发。该成果作为封面文章发表于《自然·材料》（Nature Materials），被《科学》（Science）、《自然·材料》（Nature Materials）、《自然·电子》（Nature Electronics）等国际顶级期刊亮点报道，入选中国半导体十大进展提名，为下一代集成电路提供了关键材料基础。

2英寸单层MoS₂单晶晶圆

破解低功耗计算难题——提出“Pseudo-CMOS”新架构

制程不断缩小后，传统芯片漏电导致的功耗居高不下。团队另辟蹊径，设计出“自偏置同质结+Pseudo-CMOS”新型器件架构，将逻辑器件静态功耗降至亚皮瓦级，仅为传统CMOS的约1%，执行相同逻辑功能还节省了超过80%的晶体管数量。成果发表于《自然·电子》（Nature Electronics），得到了TechXplore、NextBIG future等科技媒体和产业界的广泛关注，验证了二维半导体实现超低功耗逻辑计算的可行性，提出并验证了二维半导体集成电路可以实现成熟制程对先进制程芯片算力等效替代的技术路线。

自偏置范德华气隙势垒晶体管设计与规模化集成

加速跨越“死亡之谷”——孵化北科天弓天芯北京科技有限公司

为落实科技创新与产业创新深度融合，推进二维半导体从书架上货架，迫切需要强化应用导向的工程化进程，加速推进科研成果变成可复现、可放大的工艺技术。2026年，团队成立了“北科天弓天芯（北京）科技有限公司”，并已经完成天使轮融资。公司与新紫光、北方华创、华大九天、北电检测、奥瑞德光电、智源研究院等头部企业，在晶圆衬底、集成工艺与专用芯片、模型仿真工具、MOCVD与光学检测装备、智能体开发等方面开展了深度合作，加速推进关键技术、核心装备的全链条技术研发与产品化。

张跃院士团队在二维半导体新赛道上的系统性突破，与材料科学与工程学科的深厚底蕴和学校在前沿交叉学科的重点布局密不可分。近年来，学校围绕国家重大任务，布局了前沿交叉科学技术研究院、未来技术学院、未来芯片关键材料与技术集成创新中心，获得纳米材料与工程交叉一级学科首批授权，全国首创了纳米科学与工程本博八年一贯制培养模式，打造了教学、科研、平台三位一体的人才培养模式。团队发表《自然》系列论文9篇、《科学》系列论文2篇等高水平原创成果70余篇；授权国内外专利100余项，1人当选发展中国家科学院院士，3人次获国家级人才称号，9人次获国家级青年人才项目；形成了一支结构合理、能打硬仗的科研队伍，入选第四批“全国高校黄大年式教师团队”，获得第四届全国创新争先奖，相关成果入选了中国芯片科学十大进展、中国半导体科学十大进展提名等。

面向未来，北京科技大学将持续面向服务国家重大战略，聚焦新材料领域重大科学问题和技术难题，进一步集聚创新力量、做强前沿交叉、强化有组织科研、产出重大原创性成果，着力打造新材料产教融合创新高地，为科技强国、制造强国建设贡献更多“北科力量”和“北科方案”。

原文链接：新华网客户端（2026年10月23日）

（责编：付云笛、束梦羽）