中國科學家最近在半導體領域取得了突破性進展，成功製造出全球首個晶圓級的二維硒化銦（InSe）半導體，這一新材料的性能超過了傳統的硅，為下一代芯片的發展鋪平了道路。這種被暱稱為「金色半導體」的InSe，因為其具備高電子遷移率、合適的能隙以及超薄的特性，長期以來一直受到研究者的青睞。然而，實現大規模生產卻一直是個挑戰，直到現在為止。由北京大學劉凱輝教授領導的研究團隊，利用一種新穎的「固–液–固」成長策略，成功克服了這一瓶頸，實現了整個2英寸晶圓的晶體質量和相純度的前所未有的水平。
根據研究報告，基於InSe的晶體管在多項性能指標上均超越了硅，顯示出高達287 cm²/V·s的電子遷移率及在室溫下的超低亞閾值擺動。在小於10納米的閘極長度下，這些設備展現出最小的漏電流、高開關比及高效的彈道輸運，甚至超越了2037年國際設備與系統路線圖（IRDS）對能量延遲產品的基準要求。這一突破不僅為InSe的應用開啟了新的可能性，也為未來的半導體技術提供了重要的指導意義。
在實現晶圓級InSe的成長過程中，科研團隊面臨了不少挑戰，因為該材料的製作過程涉及到銦與硒之間極端的蒸氣壓差以及多種穩定相的形成。這些問題在過去的合成過程中經常導致只能獲得微觀的薄片。為了解決這些挑戰，研究人員開發了一種「固–液–固」轉換方法，首先將非晶態的InSe薄膜溅射到藍寶石基板上，然後用低熔點的銦封閉晶圓，再將其密封在石英腔中。在約550°C的高溫下，精確控制的反應使得銦能夠創造出局部的富銦環境，從而驅動界面處的均勻結晶。最終，這一過程成功實現了具有卓越厚度均勻性、相純度和晶體結構的2英寸InSe晶圓，這在行業內尚屬首次。
利用這些晶圓，研究團隊構建了高性能的晶體管陣列，這些設備不僅能夠正常運作，更是表現優異。這些設備的電子遷移率遠超目前的二維半導體，並且展現出接近玻爾茲曼極限的開關行為。此外，這些晶體管在深度縮放的節點上也顯示出強大的性能，降低了漏電引起的障礙降低（DIBL）現象，其能量延遲產品優於2037年IRDS目標，這一成就引起了《Science》期刊評審的高度重視，認為這一工作代表了晶體生長方面的重大進展。
在二維InSe合成過程中，保持銦與硒的完美1:1原子比例一直是個重大瓶頸，而這一團隊的方法有效地解決了這一問題，為InSe的生產鋪平了道路，並有可能擴展到更廣泛的二維半導體類別，包括其他不穩定相的硫族化物。這一突破的另一個重要意義在於其與現有CMOS工藝的兼容性，這將加快其在實際應用中的整合。研究人員目前正探討與其他二維材料的異質集成，以構建多功能的垂直堆疊芯片。未來應用可能包括超低功耗的人工智能加速器、邊緣計算處理器，以及用於智能設備的透明或柔性電子產品。
隨著性能指標已經超過了長期的硅預測，晶圓級的InSe有望很快成為後硅時代的基礎。該研究成果已發表在《Science》期刊上，這一發現不僅在科學界引起了廣泛關注，也為未來的科技發展提供了新的可能性。
