芯片作为信息时代的“心脏”，为大数据和人工智能的发展提供源源不断的动力。芯片速度的提升得益于晶体管的微缩，然而当前硅基芯片已接近摩尔定律物理极限。

  二维半导体材料被认为是未来芯片沟道材料的下一个“风口”。这种原子级厚度的材料具有超薄体、高迁移率等优势，吸引了科学界和工业界的广泛兴趣。然而，受限于接触电阻、栅介质等方面的瓶颈，迄今为止，所有二维晶体管所实现的性能均不能媲美业界先进硅基晶体管。

  基于十多年来在纳米器件领域的研究，北京大学彭练矛院士、邱晨光研究员团队针对二维电子学领域的底层核心问题和关键科学瓶颈进行攻关，构筑了世界上迄今速度最快、能耗最低的二维半导体晶体管——10纳米超短沟道弹道二维硒化铟晶体管，相关成果2023年3月22日发表于《自然》。

  这种新晶体管室温弹道率高达83%，远高于硅基晶体管的弹道率（低于60%），有望实现兼具高性能和低功耗的芯片。这项研究解决了实现高性能二维晶体管的多个重要挑战，是二维电子器件研究的重要里程碑，具有重要的科学意义。

  对标业界IRDS所预测的硅基器件发展路线图，弹道二维硒化铟晶体管打破了四个硅基“终极红墙”。

  第一，二维硒化铟晶体管沟长缩小到10纳米，超越硅基极限12纳米，同时可保持理想的亚阈值摆幅75毫伏量程，器件关态特性超过英特尔商用10纳米节点的硅基最优FinFET晶体管。第二，工作电压可缩小到0.5伏，超越2031年预计的硅基极限0.6伏。第三，门延时缩减到0.32皮秒，相当于4倍优势于硅基极限（1.26皮秒）。第四，功耗延迟积比硅基极限低一个量级。这意味着未来利用硒化铟晶体管构建的大规模集成电路，比硅基电路在低数倍功耗的条件下具备更高的性能和处理速度，有望实现兼具高性能和低功耗的芯片。

  “这无疑是迄今为止性能最高的二维晶体管，说明二维材料晶体管的真实性能（不仅仅在理论上）已经超过了最先进的硅基晶体管。”该论文国际审稿人评价。■