科技导报

作者：马佳玉, 孙仲恒, 赵禹涵, 赵虎, 郭浩*, 田禾*

单位：1.清华大学集成电路学院，北京100084；2.中北大学半导体与物理学院，太原030051；3.浙江清华长三角研究院，嘉兴314006；

关键词：二维材料,极薄结构,高迁移率,摩尔定律,集成电路,硅基技术

基金：科技创新2030重大项目（2022ZD0209200）；国家自然科学基金项目（62374099）；北京市自然科学基金−小米创新联合基金项目（L233009）；北京市自然科学基金项目（L248104）

摩尔定律由英特尔联合创始人戈登•摩尔于1965年提出，核心是“集成电路上的晶体管数量每18~24个月翻倍，性能提升约50%，成本降低1/2”。摩尔时代集成电路一直以硅基半导体为核心，依赖于晶体管尺寸的持续微缩（从微米级到纳米级）来提升性能。然而，随着晶体管尺寸缩小至纳米级（如3 nm以下），硅基材料器件会逐渐出现量子隧穿效应加剧，电子可穿透栅氧化层（厚度仅1~2 nm）的势垒，形成量子隧穿电流，同时，也导致晶体管被短沟道效应主导，使晶体管的阈值电压失控，导致晶体管失去开关功能。此外，硅的热导率低，硅基芯片的功耗密度随集成度提升呈指数增长，晶体管密度提升到一定程度使得硅基芯片无法通过风冷、液冷等传统散热技术有效散热。

来源：2025年第17期

《科技导报》期刊编辑部

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