北京大学的一组研究人员近日宣布，在芯片技术领域取得了重大突破，成功开发出一种基于二维材料的晶体管。该晶体管在速度和能耗方面均超越了当前最先进的硅基芯片，有望彻底改变全球半导体产业格局。

据北京大学上周发布的官方声明，这种新型二维晶体管比英特尔和台积电最新的3纳米硅芯片速度快40%，同时能耗降低10%。研究团队表示，这项创新为中国在半导体技术上的发展开辟了一条全新的道路，有可能帮助中国绕过当前硅基芯片制造的瓶颈。

“这是迄今为止速度最快、效率最高的晶体管，”北京大学在声明中指出。

这一突破由北京大学物理化学教授彭海林领导的研究团队取得。彭海林表示：“如果基于现有硅材料的芯片创新是一条‘捷径’，那么我们开发的二维材料晶体管则像是‘换道’。

”

研究团队的突破核心在于采用了一种基于铋（Bismuth）的全栅场效应晶体管（GAAFET）设计。这种晶体管性能超越了当前由英特尔、台积电、三星和比利时微电子研究中心（IMEC）生产的最先进商用芯片。

与传统的硅基晶体管不同，铋基晶体管不受硅在极小尺寸下难以维持高效运行的限制。硅基晶体管在缩小到3纳米以下时，通常会因隧穿效应和漏电流增加而导致性能下降和能耗上升。而北京大学团队的二维材料晶体管则提供了一种全新的解决方案。

彭海林指出：“美国的制裁虽然限制了中国获得最先进的硅基晶体管，但这反而促使我们探索替代路径。我们的研究证明了二维材料为突破硅技术瓶颈提供了新的可能性。”

研究团队采用了铋基材料——Bi₂O₂Se（氧硒化铋）和Bi₂SeO₅（五氧硒化铋）——分别作为半导体和高介电氧化物材料。

Bi₂O₂Se 作为半导体材料，具有更高的电子迁移率，提升了电子在通道中的流动速度。

Bi₂SeO₅ 作为高介电材料，能够有效减少漏电流，提升器件稳定性，同时降低功耗。

在传统的鳍式场效应晶体管（FinFET）设计中，电子在“鳍片”中移动，接触面积有限，电子流动受阻。新型GAAFET设计消除了“鳍片”结构，使栅极与通道的接触面积更大，电子可以更自由地移动。

“这就像把高楼大厦换成了连通的桥梁，使电子更容易通过，”研究团队解释道。

研究人员利用**密度泛函理论（DFT）**计算验证了实验结果，证实Bi₂O₂Se/Bi₂SeO₅材料界面比现有的半导体氧化物界面具有更少的缺陷，电子在通道中流动时的散射更少，电流损耗显著降低。

“电子流动几乎没有阻力，就像水在光滑的管道中移动一样，”彭海林表示。

这种基于铋材料的晶体管能够以90% 的能耗实现比最先进的硅基芯片快1.4倍的运行速度。

北大研究团队已利用这种新型晶体管构建了小型逻辑单元，并在超低工作电压下实现了高电压增益。目前，团队正致力于扩大生产规模，推动这项技术进入实际应用阶段。

随着半导体行业逐渐接近硅基芯片的物理极限，北大团队的二维晶体管技术为全球芯片产业带来了新的希望。

“这不仅是对芯片设计的一次技术革新，更是一种范式转变，”彭海林总结道。

北京大学的这一突破标志着中国在半导体技术领域迈出了重要一步。在全球半导体竞赛日趋激烈的背景下，这项技术或将为中国在下一代芯片竞争中赢得先机。