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mygo358
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近日，一则振奋人心的消息在全球科技界引发了轩然大波：中国科研团队成功发明了无硅芯片，其性能表现卓越，堪称 “速度最快、功耗最低”，有望重塑全球芯片格局。这一重大突破，不仅为中国在芯片领域的发展注入了强大动力，也为全球半导体产业的变革带来了新的可能。
2 月 14 日，《自然 - 材料》杂志发表了一项来自北京大学团队的研究成果，该团队开发出了全球首款无硅芯片。这款芯片的诞生，标志着芯片技术领域迎来了一次革命性的飞跃。与英特尔和台积电最新的 3 纳米芯片相比，这款无硅芯片的速度提升了 40%，能耗却降低了 10%，如此出色的性能表现，使其被誉为 “迄今为止速度最快、能耗最低的晶体管”。
长期以来，芯片行业一直受困于一个两难困境：在追求高性能的同时，难以兼顾低功耗。然而，北京大学彭海琳教授团队的这项研究成果，成功打破了这一魔咒。彭海琳教授在接受采访时表示：“如果芯片创新基于现有材料被视为‘走捷径’，那么我们开发的二维材料晶体管就相当于‘换道超车’。
” 该团队彻底摒弃了传统芯片的基础材料 —— 硅，转而采用铋（Bismuth）基材料构建晶体管。自 20 世纪 60 年代以来，硅一直是芯片的基础材料，英特尔创始人戈登・摩尔提出的 “摩尔定律”，即芯片上的晶体管数量大约每两年翻一番，推动着整个芯片产业不断向前发展。但随着科技的进步，“摩尔定律” 逐渐失效。
当晶体管尺寸不断缩小，硅基芯片面临着三大难题：短沟效应，使得晶体管栅极难以有效控制电流；量子隧穿现象，导致电子 “穿墙而过”，增加了漏电风险；功耗墙问题，微缩带来的功耗飙升，让芯片发热严重。尤其是当工艺进入 3 纳米节点以下（约为一根头发丝直径的两万分之一）时，这些问题变得愈发难以克服。
那么，彭海琳团队是如何突破这些限制的呢？他们的秘密武器是一种名为 Bi₂O₂Se（硒氧化铋）的二维材料，这种材料仅有几个原子厚。此外，团队还采用了一种全新的晶体管架构 —— 全环栅场效应晶体管（GAAFET）。
传统晶体管如同水流通过平面管道，而近年流行的鳍式场效应晶体管（FinFET）类似水流通过凸起的鳍片，与之不同的是，GAAFET 就像水流完全被管道包围，对电流的控制更加精准。这种架构的改变，如同从高楼大厦式的设计转变为连接桥梁式的设计，使得电子流动更加顺畅。具体来看，这种新型晶体管具有诸多神奇之处：其沟道超薄，仅 1.2 纳米厚，相当于几个原子叠加的厚度；Bi₂O₂Se 与栅氧化物 Bi₂SeO₅之间形成了近乎完美的 “天然” 平滑界面，几乎不存在缺陷；工作电压极低，仅需 0.5 伏特，远低于硅基芯片的要求；电子迁移率超高，高达 280 cm²/Vs，电子能够在其中 “畅行无阻”。目前，研究团队已经利用这种晶体管构建了非门、与非门和或非门等基本逻辑单元，充分证明了其在实际计算中的应用潜力。
这项研究成果不仅是技术上的重大进步，更是一种战略上的突围。众所周知，先进芯片制造技术受到严格的出口管制，在这种情况下，彭教授坦言：“虽然我们走上这条路是出于当前制裁的必要性，但这也促使研究人员从全新的角度寻找解决方案。这种方法并非在现有技术道路上追赶，而是开辟全新赛道，实现‘换道超车’。” 不过，从实验室突破到大规模生产，仍面临诸多挑战。例如，如何实现晶圆级大规模制造，怎样使新技术与现有硅基工艺兼容，以及如何有效控制生产成本和提高良品率等。尽管如此，北京大学团队已经展示了晶圆级单片三维集成（M3D）的可能性，为未来大规模生产带来了希望。近年来，该团队在《自然》系列期刊上发表了多篇重要论文，如 2023 年报道的世界首例外延高 κ 栅介质集成型二维鳍式晶体管，而此次的二维环栅晶体管则是他们研究的进一步突破。
全球半导体巨头如英特尔、台积电和欧洲微电子中心（IMEC）都在积极研发二维环栅晶体管，而北京大学团队率先取得突破性进展。彭教授表示：“这表明二维环栅器件在性能和能耗上优于先进硅基技术，它满足国际器件和系统路线图（IRDS）对埃米节点的算力与功耗要求。” 可以说，这一成果不仅仅是中国一个团队的成功，更有可能成为改变整个芯片产业未来走向的关键技术飞跃。就如同蒸汽机引发了第一次工业革命、内燃机推动了第二次工业革命、硅基芯片引领了信息革命一样，这种新型铋基二维芯片有望引领下一轮科技变革，为人工智能、量子计算等前沿领域的快速发展提供强大助力。未来，随着相关技术的不断完善与应用拓展，其对全球芯片格局的重塑作用值得期待。
2025年03月14日 17点03分
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2 月 14 日，《自然 - 材料》杂志发表了一项来自北京大学团队的研究成果，该团队开发出了全球首款无硅芯片。这款芯片的诞生，标志着芯片技术领域迎来了一次革命性的飞跃。与英特尔和台积电最新的 3 纳米芯片相比，这款无硅芯片的速度提升了 40%，能耗却降低了 10%，如此出色的性能表现，使其被誉为 “迄今为止速度最快、能耗最低的晶体管”。
长期以来，芯片行业一直受困于一个两难困境：在追求高性能的同时，难以兼顾低功耗。然而，北京大学彭海琳教授团队的这项研究成果，成功打破了这一魔咒。彭海琳教授在接受采访时表示：“如果芯片创新基于现有材料被视为‘走捷径’，那么我们开发的二维材料晶体管就相当于‘换道超车’。
” 该团队彻底摒弃了传统芯片的基础材料 —— 硅，转而采用铋（Bismuth）基材料构建晶体管。自 20 世纪 60 年代以来，硅一直是芯片的基础材料，英特尔创始人戈登・摩尔提出的 “摩尔定律”，即芯片上的晶体管数量大约每两年翻一番，推动着整个芯片产业不断向前发展。但随着科技的进步，“摩尔定律” 逐渐失效。
当晶体管尺寸不断缩小，硅基芯片面临着三大难题：短沟效应，使得晶体管栅极难以有效控制电流；量子隧穿现象，导致电子 “穿墙而过”，增加了漏电风险；功耗墙问题，微缩带来的功耗飙升，让芯片发热严重。尤其是当工艺进入 3 纳米节点以下（约为一根头发丝直径的两万分之一）时，这些问题变得愈发难以克服。
那么，彭海琳团队是如何突破这些限制的呢？他们的秘密武器是一种名为 Bi₂O₂Se（硒氧化铋）的二维材料，这种材料仅有几个原子厚。此外，团队还采用了一种全新的晶体管架构 —— 全环栅场效应晶体管（GAAFET）。
传统晶体管如同水流通过平面管道，而近年流行的鳍式场效应晶体管（FinFET）类似水流通过凸起的鳍片，与之不同的是，GAAFET 就像水流完全被管道包围，对电流的控制更加精准。这种架构的改变，如同从高楼大厦式的设计转变为连接桥梁式的设计，使得电子流动更加顺畅。具体来看，这种新型晶体管具有诸多神奇之处：其沟道超薄，仅 1.2 纳米厚，相当于几个原子叠加的厚度；Bi₂O₂Se 与栅氧化物 Bi₂SeO₅之间形成了近乎完美的 “天然” 平滑界面，几乎不存在缺陷；工作电压极低，仅需 0.5 伏特，远低于硅基芯片的要求；电子迁移率超高，高达 280 cm²/Vs，电子能够在其中 “畅行无阻”。目前，研究团队已经利用这种晶体管构建了非门、与非门和或非门等基本逻辑单元，充分证明了其在实际计算中的应用潜力。
这项研究成果不仅是技术上的重大进步，更是一种战略上的突围。众所周知，先进芯片制造技术受到严格的出口管制，在这种情况下，彭教授坦言：“虽然我们走上这条路是出于当前制裁的必要性，但这也促使研究人员从全新的角度寻找解决方案。这种方法并非在现有技术道路上追赶，而是开辟全新赛道，实现‘换道超车’。” 不过，从实验室突破到大规模生产，仍面临诸多挑战。例如，如何实现晶圆级大规模制造，怎样使新技术与现有硅基工艺兼容，以及如何有效控制生产成本和提高良品率等。尽管如此，北京大学团队已经展示了晶圆级单片三维集成（M3D）的可能性，为未来大规模生产带来了希望。近年来，该团队在《自然》系列期刊上发表了多篇重要论文，如 2023 年报道的世界首例外延高 κ 栅介质集成型二维鳍式晶体管，而此次的二维环栅晶体管则是他们研究的进一步突破。
全球半导体巨头如英特尔、台积电和欧洲微电子中心（IMEC）都在积极研发二维环栅晶体管，而北京大学团队率先取得突破性进展。彭教授表示：“这表明二维环栅器件在性能和能耗上优于先进硅基技术，它满足国际器件和系统路线图（IRDS）对埃米节点的算力与功耗要求。” 可以说，这一成果不仅仅是中国一个团队的成功，更有可能成为改变整个芯片产业未来走向的关键技术飞跃。就如同蒸汽机引发了第一次工业革命、内燃机推动了第二次工业革命、硅基芯片引领了信息革命一样，这种新型铋基二维芯片有望引领下一轮科技变革，为人工智能、量子计算等前沿领域的快速发展提供强大助力。未来，随着相关技术的不断完善与应用拓展，其对全球芯片格局的重塑作用值得期待。
