​芯榜专访基元科技：二维材料或成本土半导体企业“换道超车”机遇

美国商务部宣布启动总额高达390亿美元的芯片制造与研究补贴申请程序，这标志着拜登政府酝酿已久的《芯片与科学法案》正式登上历史舞台。
显而易见接下来几年芯片产业投资一定是主流，美、日、德、中等世界主要芯片大国资本支出会连续增长。芯片厂商会将会有大量新项目动工，对于芯片产业的设备和材料都是重大利好。设备和材料未来几年市场需求将会节节攀升。当下涌现出一批以基元科技为代表技术先进产品可靠的设备、新材料公司，为我国国产替代事业添砖加瓦。基元科技面向亚纳米芯片制程时代，致力于成为先进材料和设备的综合服务商，主要从事新一代半导体材料生产及其工艺设备的研发和制造。核心团队拥有台积电、中国科学院等产学研综合背景，基于十余年技术与产业资源积累，以单原子层二维材料延续摩尔定律，打造下一代半导体材料。未来，将根据材料产业化进度自主开发工业化半导体设备，输出大规模、成体量、晶圆级的二维材料产品。解决实验过程三大痛点 基元科技Micro系列高温热台系统，将传统管式炉和高温热台进行了深度结合。该系统能实现在多种气体环境下对样品的检测、合成和原位观察。可广泛运用于半导体、新能源、冶金、生命和空间科学等领域。解决了高校实验室的三大痛点。 第一，实验过程不可视。实验人在实验过程中无法观测到材料生长全过程，需要反复拿出材料观察，材料在拿出设备过程中会接触外部环境或发生变化。Micro系列高温热台系统可以与光学显微镜、拉曼光谱仪等仪器耦合，实时观测材料反应过程并记录温度和气体流量参数，放大倍数最高500倍，视频资料反复研究便于深刻理解材料制备机理。 第二，实验效率低、能耗高。传统CVD设备升降温速率慢导致效率极低，做一次薄膜沉积过程需要几个小时，而Micro系列高温热台系统升降温是在150度每分钟，可以大幅提升科研效率。单温区设备额定功率只有0.4kW,符合节能要求，提供常温至1200℃热场环境，温控精度±0.1℃。第三，当下院校科研场地比较紧缺，Micro系列高温热台系统节省空间，方便集成，可放置手套箱等洁净环境使用。 图：Micro-STS1200系统工作场景 拯救摩尔定律的二维材料 硅基集成电路在过去60多年一直沿着摩尔定律的预测，朝着更小晶体管尺寸、更高集成度和更高能效的方向发展。然而，由于量子效应和界面效应的限制，硅基器件的微缩化已经接近极限。最新的国际器件与系统路线图（IRDS）预测，在2nm技术节点以下，以MoS2为代表的二维半导体将取代硅成为延续摩尔定律的新沟道材料。

IRDS预测二维材料应用节点、 TSMC、Intel、IMEC等国际巨头积极布局高性能单层二硫化钼晶体管的实现让科研界看到了二维半导体的潜力，二维半导体材料的发展让我们看到了晶体管纵向尺寸下目前的缩放极限（< 1 nm），同样的科学家们也没有停止追寻二维半导体晶体管横向尺寸的极限（也就是晶体管沟道长度的缩放极限）。 但是二维材料进入产业化有生长、转移、欧姆接触三大技术难题。 二维材料转移是IMEC（比利时微电子研究中心）通过激光脱健完美解决。要构建符合 BEOL 要求的器件集成流，通道材料从生长基板转移到器件晶圆至关重要。IMEC是第一个演示完整 300mm 单层二维材料传输的，因为二维材料对器件晶圆的粘附性较低，而且所传输的材料的外薄性为：0.7nm！转移过程与SUSS MicroTec和布鲁尔科学公司一起开发，采用临时粘合和脱粘技术。WS2 晶圆使用特殊配制的材料（布鲁尔科学）暂时粘合到玻璃载体晶圆上。接下来，WS2单层从生长晶圆机械地去粘，在真空中再次粘合到器件晶圆上。使用激光脱骨去除可移除载波晶圆。这种脱键技术是二维材料受控传输的关键推动器。二维材料的电阻较高，无法像硅材料一样有较低的电阻可以快速反应电路的通和断。值得注意的是在今年一月份，南京大学在《Nature》上发表文章，用半金属材料去做欧姆接触，它实现的电阻比硅基还要低，所以这个问题算是基本上可以解决了。基于十几年的技术积累，基元科技团队掌握了一套高效的二维半导体材料生长工艺，能够低成本制备高稳定性、晶圆级的二维材料。基元科技二维材料生长工艺特点基元科技合伙人许向鹏表示，我国本土先进制程发展相对滞后，被美国日本等国家卡脖子严重。二维材料是取代硅基晶体管技术、推动半导体制程进入亚纳米时代最有希望的技术路线，TSMC、Intel、IMEC等国际巨头虽已广泛布局但尚未进入产业化，本土企业仍存在抢跑机会，我国半导体材料或可以实现“换道超车”。

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