中国率先突破 6 英寸二维半导体单晶量产技术

2025 年 10 月 24 日电 国际顶级学术期刊《科学》（Science）于 10 月 23 日在线发布一项重磅成果：苏州实验室王欣然、丁峰团队携手南京大学、大连理工大学及南京极钼芯科技等单位，在国际上率先实现 6 英寸二维过渡金属硫化合物半导体单晶的量产化制备，成功破解了长期困扰全 球半导体行业 “大尺寸与高质量难以兼得” 的核心难题。这一突破不仅标志着我国在下一代半导体材料领域掌握了核心主动权，更为二维半导体产业化进程迈出了至关重要的一步。​

稀土原子 “点石成晶” 打破行业瓶颈​

作为延续摩尔定律的核心候选材料，二维半导体具备原子级厚度、低功耗等突出优势，在集成电路、柔性显示、高端传感等领域拥有广阔的应用前景。然而长期以来，蓝宝石衬底的高对称性问题，导致二维半导体生长过程中出现多方向成核现象，难以形成大面积单晶，这一难题成为制约其产业化发展的 “卡脖子” 瓶颈。​

面对这一挑战，团队创新研发出稀土原子表面修饰技术，通过在蓝宝石表面构建镧单原子层，实现了 “点石成晶” 的突破 —— 这一创新性设计从根本上打破了衬底表面的对称性，将二维半导体的成核过程精准锁定在单一方向，确保晶畴能够有序排列并生长为连续的单晶薄膜。依托已实现量产化的金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术，团队成功完成了二硫化钼（MoS₂）、二硫化钨（WS₂）、二硒化钨（WSe₂）及二硒化钼（MoSe₂）等多种主流二维半导体的普适性制备。​

经多种光谱与电学表征技术验证，该技术制备的 6 英寸单晶晶圆展现出卓越的材料质量与均一性。​

国产设备助力全链条突破​

此次技术突破采用了 “工艺创新 + 设备自主” 的协同模式。合作单位南京极钼芯科技自主研发的 Oxy-MOCVD 200 ultra 设备，集成了 “Precise-Flow” 前驱体输运系统与 “Multi-Zone Thermal” 温场控制模块，为单晶生长提供了稳定可靠的量产平台，其 150 毫米晶圆单向畴对齐率超过 99%。

该设备实现全面国产化与自主可控，这一成果也标志着我国在二维半导体关键装备领域已达到国际先进水平。​

在全 球半导体产业格局深度变革的背景下，这一成果具备重要的战略意义。随着集成电路制程不断向 3 纳米以下推进，硅基材料的物理极限愈发凸显，二维半导体已成为突破摩尔定律的核心方向。此次 6 英寸二维半导体单晶量产技术的突破，不仅填补了我国在该领域的技术空白，更通过 “材料 - 设备 - 工艺” 的全链条创新，为集成电路、显示、传感等领域的规模化应用奠定了坚实基础。​