2D CMOS：电子领域的下一个重大飞跃

   当今科技飞速发展的时代，半导体技术作为现代电子技术的基石，正面临着新的挑战与机遇。硅（Si）作为应用最为广泛的半导体材料，凭借其丰富的储量和微型化优势，推动了半导体技术从微处理器到各类电子设备的巨大进步。然而，随着规模化发展带来的诸多挑战，探索新型半导体材料已成为必然趋势。

    二维（2D）材料作为一种极具潜力的替代方案，正逐渐崭露头角。二维材料是具有单层原子厚度的超薄纳米材料，如石墨烯等，具有高度的各向异性、化学功能性以及优异的电子特性，特别是其原子级厚度和高载流子迁移率，为实现器件性能的提升提供了可能。基于二维材料的晶圆级生长、高性能场效应晶体管（FET）和电路也取得了显著进展。FET 作为现代电子器件中至关重要的元件，在高压高频电源电路中发挥着关键作用。

   尽管在二维材料的研究上已经取得了一定成果，但实现互补金属氧化物半导体（CMOS）集成仍然是一个亟待解决的难题。CMOS 技术在计算机处理器、存储芯片等数字设备中应用广泛，它通过互补使用 n 型（NMOS）和 p 型（PMOS）晶体管来实现逻辑功能，能够在单个半导体芯片上构建复杂的电子电路，并且具有低功耗和高可靠性的特点。

    近期，宾夕法尼亚州立大学的研究团队取得了重要突破。他们开发了基于 CMOS 技术的二维单指令集计算机，利用大面积 n 型 MoS?和 p 型 WSe?场效应晶体管的异质集成，通过调整 n 型和 p 型 2D FET 的阈值电压，实现了高驱动电流并降低了亚阈值漏电。该电路可在低于 3V 的电压下运行，运行频率高达 25kHz，且具有超低功耗和较低的开关能量。这一成果表明，单原子厚度的二维材料能够在原子规模上保留其特性，为电子技术的发展提供了新的方向。

    与此同时，其他科研团队也在二维材料的应用方面取得了进展。几个月前，中国科学家利用二硫化钼研制出了一款名为 RV32 - WUJI 的新型微芯片，集成了近 6000 个采用传统 CMOS 技术制造的 MoS?晶体管。该芯片采用 RISC - V 架构，可执行标准的 32 位指令，具有较高的制造良率和低功耗的特点。复旦大学教授包文忠认为，虽然目前二维半导体与硅基半导体在性能上仍存在差距，但随着研究的深入和技术的发展，二维半导体有望在未来赶超硅基半导体。

    此外，维也纳技术大学的研究人员对二维活性材料二硫化钼进行了铂（Pt）升级，为理解和设计二维系统中的原子级特征提供了新途径。而莱斯大学的科学家则通过化学方法将石墨烯和二氧化硅玻璃结合成一种二维混合物，展现了二维材料在创造新特性方面的潜力。韩国科学家还发现了一种新的量子态，可应用于二维半导体芯片，为量子计算机的发展提供了新的思路。