进展 电子级二维半导体与柔性电子器件

在半导体器件不断小型化以及柔性化的主流趋势下，以二硫化钼（MoS2）等过渡金属硫属化合物（TMDC）为代表的二维半导体材料显示出独特的优势。国际半导体联盟在2015年的技术路线图（International Technology Roadmap for Semiconductors, ITRS）中明确地指出它是下一代半导体器件的关键材料。二维半导体材料具有超薄厚度（单原子层或少原子层），优异的电学、光学、机械性能及多自由度可调控性，使其在未来的更轻、更薄、更快、更灵敏的电子学器件中具有优势。然而，现阶段以器件应用为背景的单层二硫化钼研究仍然存在以下两个关键的科学问题：1. 材料制备——如何获得高质量大尺度的二硫化钼晶圆；2. 器件工艺——如何实现高密度、高性能、大面积均一的器件加工。这是新型半导体材料从实验室走向市场要经历的共性问题，如能解决其高质量规模化制备和集成器件性能调控的关键科学障碍，必将有力推动二维半导体材料的应用发展进程，给柔性电子产业注入新的发展动力。

中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心张广宇研究员课题组在过去十多年一直致力于高质量二维材料的外延、能带调控、复杂结构叠层、功能电子器件和光电器件的研究。近期，该组博士生王琴琴等在张广宇研究员的指导下，利用自主设计搭建的四英寸多源化学气相沉积设备，采用立式生长方法在蓝宝石衬底上成功外延制备了四英寸高质量连续单层二硫化钼晶圆，所外延的高质量薄膜由高定向（0°和60°）的大晶粒（平均晶粒尺寸大于100 μm）拼接而成。在这种高定向的薄膜中，高分辨透射电子显微镜观测到了近乎完美的4|4E型晶界。得益于独特的多源设计，所制备的晶圆具有目前国际上报道中最高的电子学质量。相关工作发表在近期的Nano Letters 2020上。

在此基础之上，该组李娜博士等在张广宇研究员、杨蓉副研究员的指导下，进行了一系列器件加工工艺的优化，包括：1）采用兼容的微加工工艺，逐层制作器件，保证了器件层与层之间的洁净，实现了器件阵列加工的大面积均一性；2）采用独特的物理吸附与化学反应相结合的原子层沉积方法，提高了器件绝缘层质量；3）采用金/钛/金多层结构作为接触电极，有效降低了器件的接触电阻。通过这些优化手段，成功实现了大面积二硫化钼柔性晶体管以及逻辑器件（如反相器、或非门、与非门、与门、静态随机存储器以及五环振荡器等）的制作，器件表现出优异的功能特性。其中，柔性场效应晶体管器件密度可达1518个/平方厘米，产量高达97%，是目前已报道结果中最高指标。此外，单个器件还表现出优异的电学性能和柔韧性，开关比达到1010，平均迁移率达到55cm2V-1s-1，平均电流密度为35 μA μm-1。相关结果发表在近期的Nature Electronics 2020上。

这两项工作突破了晶圆级高质量二硫化钼薄膜的外延技术，实现了二硫化钼柔性晶体管器件及逻辑器件的高密度集成，为大面积柔性电子器件的发展提供了新的思路与技术基础，预期可以有效推动二维半导体材料在柔性显示屏、智能可穿戴器件方面的应用。

该系列工作由中国科学院物理研究所与松山湖材料实验室联合完成，并得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中科院B类先导专项、中科院青促会等项目的资助。

图1. 四英寸高定向单层二硫化钼外延晶圆

图2. 大面积二硫化钼柔性晶体管与柔性逻辑器件集成

图3. 二硫化钼柔性反相器、或非门、与非门、与门、静态随机存储器以及五环振荡器

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编辑：米老猫

2024年中国半导体分立器件市场现状及行业发展的有利因素预测分析

中商情报网讯：半导体分立器件是半导体技术中的一个重要分支，指那些具有单一功能、独立封装且能够单独工作的半导体元件。半导体分立器件在电子电路中扮演着基础而又关键的角色，是构建各种电子系统的基础元件，常见的半导体分立器件包括二极管、三极管、场效应管、晶闸管等。

受益于电子产品需求的增长、新兴技术的推动以及半导体行业的快速发展，中国半导体分立器件市场规模稳步增长。中商产业研究院发布的《2024-2029中国半导体分立器件市场现状研究分析与发展前景预测报告》显示，2023年中国半导体分立器件市场规模达到约3148亿元，近五年复合增长率为2.51%。中商产业研究院分析师预测，2024年中国半导体分立器件市场规模将达到3227亿元。

数据来源：半导体行业协会、中商产业研究院整理

近年来，随着半导体产业的快速发展，越来越多的企业投身于半导体分立器件的生产和研发，中国半导体分立器件企业数量持续增长。企查查数据显示，截至2024年3月底，我国半导体分立器件行业现存企业4.36万余家。从历年企业注册情况来看，2023年中国半导体分立器件相关企业注册量最高达到13520家；2024年1-3月，企业注册量已达到2634家。

数据来源：企查查、中商产业研究院整理

有利因素

1.政策利好行业发展

政策支持是推动半导体分立器件行业发展的重要动力。近年来，我国出台《电子信息制造业2023—2024年稳增长行动方案》《制造业可靠性提升实施意见》《关于推动能源电子产业发展的指导意见》等产业政策为半导体分立器件行业提供有力的发展环境和市场机遇。未来随着政策的不断完善和落实，半导体分立器件行业有望继续保持快速增长的态势，为电子工业的发展做出更大的贡献。

2.下游行业市场需求广阔

下游应用市场的需求变动对半导体分立器件行业的发展具有较大的牵引及驱动作用。近年来，移动互联网、智能手机、平板电脑等新技术和新产品的爆发性增长推动了消费电子市场对分立器件产品的大规模需求。汽车电子、工业电子、通信设备等领域的稳步增长也给分立器件产品提供了稳定的市场需求。未来，受益于国家经济结构转型升级以及新能源、物联网等新兴技术的应用，新能源汽车/充电桩、智能装备制造、物联网、光伏新能源等下游市场将催生出大量的产品需求。此外，下游应用领域终端产品的更新换代及科技进步引致的新产品问市也为半导体分立器件产品需求提供了强有力支撑。下游行业的发展趋势为半导体分立器件行业的发展提供了广阔的市场空间。

3.进口替代效应不断凸显

半导体分立器件起源于欧美，日韩后续不断形成其自身竞争优势。英飞凌（Infineon）、安森美（ONSemiconductor）、意法半导体（STMicroelectronics）等国际一流半导体制造企业长期占据着我国半导体分立器件的高端应用市场，但该等厂商产品的价格十分高昂，无法满足国内迅速爆发的市场需求，导致国内市场供求存在失衡。近年来，我国政府不断出台多项鼓励政策，大力扶持半导体行业。随着国内企业逐步参与到全球半导体分立器件市场的供应体系，以及下游行业大力创新的驱动，国内企业逐步积累了较为丰富的半导体研发和生产技术经验，部分优秀企业参与到中高端半导体分立器件市场的竞争，并取得了一定的知名度和市场占有率。未来，随着国内企业逐步突破行业高端产品的技术瓶颈，我国半导体分立器件对进口的依赖将会进一步减弱，进口替代效应将显著增强。

更多资料请参考中商产业研究院发布的《中国半导体分立器件行业市场前景及投资机会研究报告》，同时中商产业研究院还提供产业大数据、产业情报、行业研究报告、行业白皮书、行业地位证明、可行性研究报告、产业规划、产业链招商图谱、产业招商指引、产业链招商考察&推介会、“十五五”规划等咨询服务。

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