本文由半导体产业纵横（ID：ICVIEWS）综合

IMEC将2D半导体通道添加到逻辑缩放路线图中。

IMEC 是全球领先的专注于半导体制造研发的研究机构，它已将二维材料添加到其逻辑缩放路线图中。

二维半导体材料，是指电子仅可在两个维度的非纳米尺度（1-100nm）上自由运动的材料。这类材料通常以其极薄的厚度和独特的物理性质而著称，使其在电子、光学和热学等领域展现出巨大的应用潜力。

常见的二维半导体材料包括石墨烯、过渡金属二硫族化合物（TMDs）如二硫化钼（MoS₂）、黑磷等。这些材料各自具有不同的能带结构和电子特性，适用于不同的应用场景。例如，石墨烯因其高电子迁移率和优异的热导率，广泛应用于高速晶体管和光电探测器中；而MoS₂则因其直接带隙特性，被广泛用于光电子器件如激光器和LEDs。

IMEC 探索性逻辑项目经理 César Javier Lockhart de la Rosa 在一篇文章中讨论了使用单原子层材料作为环栅 (GAA) 晶体管中的半导体通道的可能性和挑战。他特别讨论了过渡金属二硫化物 (MX2) 的使用。

IMEC 与行业合作伙伴一道，已经为硅晶体管微缩的竞争前研究做出了巨大贡献。

该提案提议将业界标准的 FinFET 扩展为 GAA 纳米片晶体管，以用于高性能计算应用。该提案还建议在采用过程中使用背面供电。

其路线图上的下一步是互补 FET，通过将 n 型和 p 型通道堆叠在一起来进一步提高面积效率。Imec 预计将从 A7 节点开始引入该技术，将 IMEC 技术路线图至少延伸到 A3 代，并在 2035 年左右推出。

IMEC 建议随后研究 2D 材料。但为了做好准备，IMEC 建议研究用于更直接节点中简单外围切换的低性能晶体管。

然而，晶体管制造中的大部分常规任务面临着诸多挑战，而单层半导体材料则变得更加困难或复杂。

这些包括：

更大的难度和复杂性会导致成本增加，而扩大规模就是为了降低成本。

在文章中，IMEC 的 Lockhart de la Rosa 提出，研究机构将选择将 2D 材料分阶段应用于不太先进的节点和性能较差的设备。从 A7 节点开始，然后转向 A3，在完全需要 2D 材料之前建立知识体系。部分原因是出于必要性，因为 A2 节点可能需要引入 0.75 数值孔径极紫外光刻技术——这项技术本身尚未开发。

IMEC 展示了一种具有优异产量的 MX2 干式转移工艺，并在 2024 年的 VLSI 研讨会上进行了报告。

近年来，随着众多研究者投入二维半导体这一领域，二维半导体材料的众多性质已经基本被掌握，数十万计的研究成果被发表，人们对二维半导体的合成、掺杂、能带结构、晶格结构、界面效应、光电特性等一系列物理化学效应的研究已日趋完善。在此基础上，研究者们开发了多种基于二维半导体的应用器件/电路：如单个的NMOS/PMOS器件\反相器、SRAM、NCFET、纳米器件、光电探测器、生物传感器、存储器、柔性电路、小型集成电路等。在众多应用场景中，二维半导体都有不俗的表现，展现了其作为硅基材料的有力替代者的潜力。采用二维半导体的场效应晶体管，有望将其沟道长度缩小至2nm。此外，二维半导体在异质集成、三维集成等领域也具有较好的发展前景。

虽然二维半导体在多种应用场景中表现出了巨大的发展潜力，但距离实际应用还存在着相当长的一段距离。在当前的技术路径中，还存在着一些瓶颈问题。

二维半导体是具备产业化潜力的，但要在传感器、集成电路等领域实现二维半导体的产业化，至少还需要很多条件的支持。首先需要颠覆性的工艺技术。要针对性地开发新的工艺技术，突破二维半导体的制备、流片过程中存在的一系列技术瓶颈。其次需要形成通用的工艺标准，可靠的IP模组。当前的二维半导体没有统一的技术标准，对于现有的器件模组，难以转移到标准的工艺产线上来。必须将二维半导体工艺中特殊的工艺参数标准化，才能实现大规模量产。

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