替代硅，迈出关键一步

新加坡初创公司Nexstrom于2026年9月22日宣布，已完成由Xora Innovation领投的种子轮融资，金额为1200万美元。这笔资金将用于其名为“北极星”（North Star）的设备的商业化，该设备可将二维半导体材料——过渡金属二硫化物（TMD）直接生长到300毫米（12英寸）晶圆上。

2026年6月，ASML、台积电（TSMC）和imec展示了在300毫米晶圆上集成二维晶体管，但他们的沟道是在单独的衬底上生长，然后再转移到晶圆上。能否在晶圆上直接生长出满足大规模生产线要求的高质量薄膜？这正是Nexstrom试图解答的问题。对比该公司的文件和管理层的声明，可以发现他们对于目标时间的描述存在差异：究竟是“在300毫米晶圆上实现”，还是“计划在10月底完成”。

据介绍，Nexstrom是一家由投资者创立的公司。其官网显示，该公司由Lance Li和Xora Innovation于2024年创立。Nexstrom诞生于Xora的创业孵化框架下，这意味着投资公司从企业初期阶段就参与其中。据报道，Xora是淡马锡旗下的风险投资公司。参与投资的SEEDS是新加坡企业发展局（Enterprise Singapore）和新加坡经济发展局（EDB）旗下投资机构SG Growth Capital的政府附属投资机构。

管理团队中有多位成员拥有台积电的研究经验。首席执行官Phoebe Tan博士是联合创始人之一，首席科学家Lance Li博士曾领导台积电后硅电子器件的研究。李博士自2012年起便致力于单晶二硫化钼（MoS2）化学气相沉积（CVD）的研究，新闻稿指出，他自2018年起被Clarivate评为高被引学者。斯坦福大学教授Philip Wong曾于2018年至2020年担任台积电研发副总裁，现已加入董事会担任顾问。

这家公司销售的是芯片材料培养设备，而非芯片本身。据新加坡经济发展局（EDB）称，全球十分之一的半导体和五分之一的半导体器件都产自新加坡。Nexstrom 的定位并非与晶圆代工厂竞争，而是作为材料和设备的供应商。由于有政府关联投资者参与投资，该公司最初是一家设备公司，而新加坡本身就是一个设备产业高度集中的国家。

有望取代硅？

为了缩小晶体管的尺寸，作为电流通路的沟道也必须很薄。据imec称，当硅沟道的厚度低于10纳米时，迁移率（电子移动的难易程度）和导通电流都会显著下降。过渡金属二硫化物（TMD）是一种晶体，其中钼、钨等金属与硫、硒等元素层状排列，单层厚度仅约为0.7纳米。

TMD材料能够利用晶体自身的厚度，制造出比硅材料性能下降厚度还要薄的沟道。正是由于这一特性，TMD材料被认为是下一代沟道材料的候选材料。

然而，仅仅薄并不足以制造晶体管。Das等人于2021年在《自然·电子学》杂志上发表的一篇综述指出，即使是性能最佳的过渡金属二硫化物（TMD）与金属的接触电阻也比高掺杂硅高一个数量级。imec公司的Gouri Sankar Kar也解释说，在二维TMD中，为了降低接触电阻，必须增加接触面积，这阻碍了其小型化。

另一个障碍在于薄膜本身。英特尔在2024年10月发表的一篇文章中指出，如果没有更高质量且稳定的薄膜，二维半导体就无法实现大规模生产。在同一篇文章中，CEA-Leti解释说，最好的CVD薄膜是在蓝宝石等衬底上，于超过600°C的温度下生长的。即使存在高性能薄膜，也无法保证其在整个硅晶圆上的每个位置都能保持相同的质量。

Nexstrom公司正致力于突破这两大障碍中的薄膜部分。李博士在新闻稿中表示：“挑战不在于展示二维材料的潜力，而在于如何以先进代工厂所需的规模和质量进行生产。”黄教授评论道：“业界需要300毫米基板上的高质量、均匀的二维材料。”接触电阻问题仍然是该公司设备无法直接解决的领域。

North Star的展望

North Star 的这款产品是一种可以直接在300 毫米（12 英寸）晶圆上生长 TMD（全微结构沉积器件）的设备。其官网将其描述为冷壁式 CVD 系统，并表示到 2025 年，他们已将 MOCVD（金属有机化学气相沉积）平台扩展到100 毫米晶圆。问题是，他们在 12 英寸晶圆方面取得了多大的进展？

对比该公司自身的声明，时态前后不一致。新闻稿中的公司简介以完成时态称，他们“开发了业内首个用于制造12英寸单晶二维半导体的平台”。然而，同一份新闻稿正文中却出现了使用进行时的表述：“正朝着业内首个12英寸二维晶圆生长目标迈进”。其官网上的时间表在2026年条目中列出了“在300毫米晶圆上实现商用级TMD合成”。

首席执行官 Phoebe Tan 在接受 TechCrunch 采访时谈到了另一个阶段。她表示，他们已利用新安装的 12 英寸设备在晶圆上取得了实质性成果，并解释说，该工艺已从 2 英寸逐步扩展到 6 英寸，“计划于 10 月底完成 8 英寸和 12 英寸的扩展”。换句话说，尽管新闻稿和官网声称他们已在300 毫米晶圆上实现了 TMD 的生长，但首席执行官表示，12 英寸工艺的完成预计要到 2026 年 10 月底。

这两个说法可以相互兼容，因为用 12 英寸机器感受材料和完成 12 英寸加工流程可能指的是不同的阶段。

然而，读者目前只能了解到，这台12英寸的机器已经开始运行，并且材料测试结果已经公布。该公司首席执行官本人并未表示他们已经完善了用于大规模生产300毫米晶圆的稳定生长工艺。目前也没有任何针对300毫米晶圆的第三方质量评估报告公开。据TechCrunch报道，业内一些公司正在测试样品，但这些公司的名称尚未公开。

“行业首创”一词也需要谨慎使用。总部位于麻省理工学院的CDimension公司宣布将于2025年7月实现300毫米晶圆上二维材料的生长。这一说法是否成立，取决于“首创”的定义标准，例如是否为单晶材料。

性能数据也遵循同样的模式。官方网站列出了诸如“缺陷密度降低至多百分之一”、“开关功耗降低至多75% ”和“栅极长度增加一倍以上”等性能指标，但并未说明这些数据是与什么进行比较的，也没有说明所使用的晶圆直径和测量条件。这些数据的含义会根据比较对象是采用其他生长方法制备的硅薄膜还是TMD薄膜而发生显著变化。目前，我们只能将这些数据解读为该公司的说法。

将薄膜加载到晶圆上的三种途径

2026年6月，ASML、台积电和imec宣布，他们已在同一块300mm晶圆上成功制造出采用MoS2的n型晶体管（nFET）和采用WS2或WSe2的p型晶体管（pFET）。接触多晶硅间距（CPP，即栅电极之间的间距）为50nm ，且94%的晶体管功能正常。沟道材料是从其他地方生长的薄膜转移到预先加工有钨嵌入沟槽的晶圆上的。这三家行业领先企业展示的300mm集成方案均采用转移技术，而非直接生长。

选择转移工艺的原因在于温度。据imec称，直接在晶圆上生长二维材料通常需要约1000°C的温度。而转移工艺，即将生长在单独衬底上的薄膜转移到晶圆上，仅需约300°C的温度。

用于创建布线层的后线工艺（BEOL）以及晶圆背面的工艺温度必须保持在 400°C 以下，以避免损坏已制造的器件。如果在仍在加工中的晶圆上进行 1000°C 的生长，则下方的电路将无法承受高温。因此，高温生长在单独的区域进行，然后使用低温转移工艺进行转移；这是一种分工。

从麻省理工学院剥离出来的CDimension公司正试图通过控制温度来突破这一瓶颈。2025年7月，该公司宣布了一种独特的工艺，可在约200°C的温度下，在300毫米晶圆的整个表面上生长单层二硫化钼（MoS2），并声称该工艺可将实际应用的时间缩短一半。据IEEE Spectrum报道，该公告称，生长温度被控制在低于400°C的BEOL（低能耗极限）限制范围内。

将二维材料沉积到晶圆上的方法通常包括：在约 1000°C 的温度下直接生长；在单独的衬底上生长，然后在约 300°C 的温度下进行转移；以及 CDimension 公司在约 200°C 的温度下进行的低温生长。Nexstrom 公司宣称其可直接生长至300 毫米厚的薄膜，但并未公开其生长温度。在温度一栏中，Nexstrom 是唯一一个没有填写数值的行。根据 Nexstrom 薄膜的生长温度，可以直接将其沉积到器件制造的晶圆上，或者将其作为前端工艺的原料，在单独的衬底上生长后再进行转移。

Nexstrom 和 CDimension 的共同之处在于，它们都宣称自己“直接在晶圆上生长”。区别在于它们公开宣传的重点不同。CDimension 强调温度控制，而 Nexstrom 则强调300 毫米直径和单晶质量。李博士自 2012 年以来一直致力于单晶 MoS2 的生长研究，公司对质量均匀性的重视也与此背景相符。

12 英寸设备能否及时准备好

据 TechCrunch 报道，Nexstrom 预计将在 2030 年至 2035 年间做好设备商业化的准备。

Nexstrom在2024年成立后的两年内，晶圆直径就从2英寸扩展到了6英寸，并计划在2026年10月底前完成8英寸和12英寸工艺。然而，该公司预计将在2030年至2035年间做好商业化生产的准备，这与imec宣布将从A7节点（大约在2030年）开始将二维材料引入外围器件的时间相吻合。imec表示，它将在外围器件（例如BEOL和位于晶圆背面的平面晶体管）中使用二维材料，而不是在最先进晶体管的沟道中使用。A7节点的2030年是基于2023年的一份路线图报告，此后可能有所修订。

由此看来，这种重叠存在一个前提条件。imec 列出的初始应用区域（BEOL 和背表面）恰恰是温度必须低于 400°C 的区域。要将生长膜直接引入这些区域，就必须在低温下生长膜，或者将其与转移技术相结合。由于 Nexstrom 尚未公布其生长温度，因此目前的信息无法确定其设备是否符合初始应用温度范围。

还有一些因素可能会推迟发布时间。2024年10月，imec的Kar指出，CFET（垂直堆叠nFET和pFET的结构）可以将硅芯片的微型化进程延长至多20年。如果硅芯片的寿命延长，那么对采用二维材料制造沟道的尖端节点的需求可能会相应推迟。英特尔的O'Brien曾提到，薄膜质量的一致性是实现大规模生产的先决条件，但Nexstrom在这方面的第三方评估数据尚未公布。

有三个因素需要考虑，按重要性排序如下：他们能否证明8英寸和12英寸工艺已按计划在10月底前完成？他们是否会披露生长温度和性能指标的对比目标？测试样品的公司名称及其评估结果是否会公开？如果这三个条件都得到满足，并且第三方确认可以在整个300毫米表面上复制出均匀的单晶薄膜，那么这家晶圆代工厂将拥有一个外部二维材料供应商，并且imec在2030年代分阶段引入该技术所需的材料供应商（以具体设备的形式）也将浮出水面。

本文来自微信公众号“半导体行业观察”（ID：icbank），作者：编辑部，36氪经授权发布。