当欧洲还在为能否“卡住脖子”而犹豫不决时，中国的实验室已经将金属“压扁”到只有头发丝二十万分之一的厚度，一张足以覆盖整个北京市地面的原子级金属网，正在悄然改写全球半导体产业的游戏规则。
张广宇站在中国科学院物理研究所的实验室里，透过电子显微镜观察着那片几乎不存在的金属薄膜。这是人类首次制备出的单原子层金属，厚度仅为一根头发丝的二十万分之一。他转身对团队成员说：“这不再是跟随，这是重新定义赛道。”
与此同时，远在上海浦东川沙的工业园区，原集微科技的工程师们正在调试我国首条二维半导体工程化验证示范工艺线。创始人包文中指着满室的设备宣布：“五年内，我们将基于全国产装备，实现等效1纳米工艺。”
这是2026年初的中国芯片产业——不再只是追赶，而是在构建全新的技术体系。
01 技术围困：光刻机“屠龙刀”遭遇物理瓶颈
过去十年，全球半导体行业的竞争焦点几乎全部集中在光刻机这一“工业皇冠明珠”上。荷兰ASML公司的极紫外（EUV）光刻机，一台造价高达1.5亿美元，成为制造先进芯片的必备工具。
然而，这条技术路线正面临一个根本性物理极限：量子隧穿效应。
当晶体管尺寸缩小到几个原子宽度时，电子开始“穿墙”而过，导致芯片发热严重、功耗飙升。手机发烫、电脑风扇狂转，都是这一效应的直接体现。光刻机虽然能雕刻出更精细的线路，却无法解决这一物理本质问题。
与此同时，西方对中国的技术封锁日益严密。从设备到配件再到技术支持，形成了一个全方位的封锁链。他们的逻辑简单而直接：没有先进光刻机，中国就无法制造高端芯片。
但这条看似天衣无缝的封锁链，却存在一个致命盲点——它假设所有人都会在同一个赛道上竞争。
02 换道超车：从“压缩饼干”中剥离原子层
中国的科研团队选择了完全不同的路径：如果光刻之路越来越窄，不如直接更换赛道。
2025年3月，中国科学院物理研究所团队在国际顶级期刊《自然》上发表了一项突破性研究。他们成功制备了多种单原子层金属，厚度仅为头发丝直径的二十万分之一。
这项突破的难点在于金属的固有特性。金属原子通过强烈的金属键相互连接，如同“压缩饼干”般紧密结合，难以剥离。传统二维材料如石墨烯之所以能轻松分离，是因为它们的层间结合较弱，就像一摞扑克牌。
研究团队创造性地采用了“范德华挤压技术”，构建了一个纳米级“三明治”结构：用两片原子级厚度的材料作为上下夹板，中间仅留出一个原子厚度的空隙。
他们将熔融状态的金属原子精准注入这个空隙，使金属原子被迫在这个二维空间中铺展开来，形成完美的单原子层金属网。这一过程犹如给金属原子穿上了“紧身衣”，从根本上决定了它的二维形态。
03 “原子金属”的颠覆性：电子行驶在“单行道”
当金属被“拍扁”到仅有一个原子厚度时，其物理性质发生了根本性变化。
在传统三维金属中，自由电子如同下班高峰期挤地铁的人群，无序碰撞并产生大量热量。这正是芯片发热的核心原因。但在单原子层金属中，电子的运动空间被限制在二维平面，它们的轨迹变得有序，仿佛行驶在精心规划的“单行道”上。
这种变化带来了革命性优势：
· 超低功耗：隧穿电流可降至传统硅基器件的千分之一以下
· 抑制发热：电子碰撞减少，能量损耗极低
· 突破物理极限：从根本上绕开了量子隧穿效应
这意味着未来芯片可能不再需要复杂的散热系统，手机充一次电可使用数周，服务器机房不再需要庞大的冷却装置。
04 上海路线图：五年从90纳米到等效1纳米
科研突破需要产业化落地才能发挥真正价值。就在单原子层金属研究公布数月后，上海传来了更为具体的产业进展。
2026年1月，我国首条二维半导体工程化验证示范工艺线在上海浦东川沙点亮。这条由原集微科技建设的示范线，如同一座缩微版集成电路工厂，配备了包括光刻机在内的全套半导体加工设备。
原集微创始人包文中表示：“我们做的，是用原子直接搭建集成电路。” 与传统硅基半导体需要1500步以上的繁琐加工流程相比，二维半导体可省去约80%的工序，包括离子注入、外延生长等复杂步骤。
尤其值得注意的是，这种新技术甚至可以使用低级别的光刻机实现当今最先进的集成电路制程，这对于在极紫外光刻机方面受到限制的中国而言，具有极其重要的战略意义。
原集微公布的五年路线图：
· 2026年：实现等效硅基90纳米CMOS制程，制造兆字节级存储器和百万门级逻辑电路
· 2027年：利用成熟工艺的K线光刻机，实现等效硅基28纳米工艺
· 2028年：实现等效硅基5纳米甚至3纳米工艺
· 2029/2030年：基于全国产集成电路装备，实现等效1纳米工艺。
05 国家战略：原子级制造的“根技术”布局
中国的二维半导体突破并非孤立事件，而是国家层面系统性布局的一部分。
原子级制造已被列为中国六大未来重点产业之一，被视为破解集成电路等产业瓶颈的“根技术”。这项技术以原子为基本单元进行精准操控，通过电子/光子等工具实现原子级精度加工，属于量子力学范畴的先进制造技术。
自2016年起，中国就开始布局原子级制造研究。2025年，国家自然科学基金委员会发布了原子级制造基础研究重大研究计划项目指南，围绕批量原子操控、结构基元传质等核心科学问题开展攻关。
南京大学王广厚院士团队早在1984年就开始原子团簇研究，2023年建成原子极限微制造实验设施，攻克了高强度团簇束流源等核心技术。南京市更是与南京大学共建原子制造研究院，规划建设“原子级制造未来产业先导区”。
上海也将原子级制造纳入关键技术研发计划，设立了7项相关研究项目。这种从中央到地方、从基础研究到产业化的全方位布局，为技术突破提供了坚实基础。
06 产业应用：从实验室走向市场
原子级制造和二维半导体技术正在多个领域展现出变革潜力：
半导体制造：以微导纳米为代表的国内企业，在原子层沉积（ALD）技术领域取得系列突破。该公司营收从2022年的6.85亿元增长至2024年的27亿元，2025年1-9月半导体领域新增订单约14.83亿元，同比增长近一倍。
新材料开发：通过原子重构可使镍粉体熔点降低300℃，验证了物质性能调控能力。这种技术能大幅缩短新材料研发周期，创制接近理论极限性能的材料。
新能源与精密仪器：原子级催化剂可提升固氮酶催化效率，推动清洁能源技术革新；量子传感器灵敏度可突破经典物理极限，支撑高精度检测装备发展。
07 国际反应：德国媒体的忧虑与反思
中国在原子级制造和二维半导体领域的突破，正在引起国际社会尤其是欧洲的密切关注。
德国《柏林晨报》曾发表文章指出：“德国工业对中国技术的黏着，已从简单合作变成难以自拔的习惯。” 文章提到，从芯片到新能源车，中国产品不仅在价格上有优势，性能上也开始拉开差距。
德国企业使用中国技术提高了生产效率、降低了成本，但也开始担心供应链安全。文章尖锐指出：“如果芯片或通信模块突然断供，德国社会运转可能瞬间停摆。”
与此同时，德国政府虽然高喊“去风险”，但德国企业的实际行动却截然相反。2024年，大众在合肥投资25亿欧元扩建研发中心；宝马在沈阳实现全本土生产；奔驰在北京投资10亿欧元研发自动驾驶技术。这些投资决策反映了市场的基本逻辑：在效率与创新面前，政治口号显得苍白无力。
德国《商务日报》的一篇分析更加深刻地指出，欧盟虽然掌握着某些“技术王牌”，却不敢轻易使用。因为任何单边制裁措施都可能伤及自身企业，引发反击。如荷兰政府接管安世半导体一事，就导致供应链中断问题扩散到全球汽车产业链。
08 未来展望：从技术突破到产业生态
尽管中国在二维半导体和原子级制造领域取得了显著进展，但从实验室突破到成熟产业生态，仍有漫长道路要走。
当前面临的主要挑战：
· 基础理论：原子级物性调控与原子级限域加工构筑的理论尚为空白
· 装备研发：高端表征设备进口依赖度超过80%，国产仪器精度有待提升
· 产业化路径：实验室成果与规模生产衔接不畅，成本控制难度大
单原子层金属的大规模生产仍面临诸多技术难题：如何保证每一片的性能一致？如何解决长期氧化问题？如何与现有芯片制造工艺结合？这些都是必须面对的现实挑战。
然而，中国科研机构已规划了清晰的路线图。中科院预计在2027年前实现厘米级单原子层金属的批量制备，展现出类似于当年“两弹一星”工程的决心与耐心。
09 全球半导体格局的重构
中国在二维半导体和原子级制造领域的突破，正在悄然改变全球半导体产业的竞争格局。
传统半导体强国依然保持领先，但技术路径的多元化给了后来者换道超车的机会。中国不再仅仅跟随摩尔定律的步伐，而是在探索超越摩尔定律的可能性。
全球半导体产业可能出现的技术路径分化：
· 传统路径：继续推进硅基芯片制程微缩，依赖EUV光刻机等高端设备
· 新兴路径：发展二维半导体、单原子层金属等新材料，降低对先进光刻机的依赖
· 融合路径：将新材料与传统硅基技术结合，发挥各自优势
这种技术路径的分化将导致全球半导体产业格局更加多元化，不再由单一技术路线主导。
中国工程院院士们清醒地认识到，尽管取得了突破，但在人才储备、基础研究等方面仍存在不足。有数据显示，85%的相关领域人才选择在美国就业。如何培养和留住顶尖人才，是中国半导体产业长期发展的关键。
10 中国创新的启示：在封锁中开辟新赛道
中国在二维半导体和原子级制造领域的突破，提供了一个在技术封锁中实现创新的典型案例。
这一过程的核心逻辑：
· 识别封锁盲点：西方封锁集中于传统技术路径，对新材料、新原理的研究相对开放
· 聚焦根本问题：不纠结于光刻机等具体设备，直接挑战量子隧穿效应等物理极限
· 基础研究先行：从原子级制造的基础科学出发，构建全新的技术体系
· 产学研协同：高校、科研机构与企业紧密合作，加速技术转化
德国媒体对这种创新模式既忧虑又钦佩。一方面，他们担心德国工业对中国技术的依赖日益加深；另一方面，他们也不得不承认，中国创新的成功基于“硬实力和效率赢得市场”。
2024年，中德贸易额达1859亿欧元，中国重新成为德国最大贸易伙伴。这一数据表明，在全球化的产业分工中，技术突破与市场合作可以并行不悖。
中国的半导体突围之路证明了一点：真正的创新往往发生在既定框架之外。当全球目光都聚焦于光刻机的精度竞赛时，中国科学家选择了一个更为根本的问题——如何从材料层面突破物理极限。
这种创新模式不仅适用于半导体产业，也为其他面临技术封锁的领域提供了宝贵经验。它表明，在全球化遭遇逆流的今天，自主创新不是闭门造车，而是在更广阔的科学前沿寻找突破口。
随着二维半导体技术从实验室走向产业化，全球半导体产业正站在一个技术路线的分岔口。中国选择的这条道路能否成功，仍需时间验证。但可以肯定的是，这场静悄悄的技术革命，已经为全球半导体产业的未来增添了新的可能性。
而在德国媒体的忧虑与中国实验室的突破之间，一个全新的技术时代正悄然来临。
原文：toutiao.com/article/7594793659233518123/
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