超越硅基，硒化铟的技术路线图

韩国成均馆大学（SKKU）能源科学系Seunguk Song教授领衔的研究团队，联合基础科学研究院（IBS）、宾夕法尼亚大学以及美国空军研究实验室，共同制定出二维硒化铟（2D InSe） 的完整技术路线图。该材料是下一代低功耗计算与量子计算的关键材料。

这项题为《用于下一代电子与光电子器件的硒化铟》的研究成果，发表于《Nature Reviews Electrical Engineering》。研究深入剖析了二维量子半导体的物理特性与器件应用。在硅基半导体逼近物理极限的背景下，这类材料被视为硅材料的确定性替代方案。

当前硅基半导体尺寸缩小至亚纳米级后，面临功耗激增、发热严重、漏电流等关键瓶颈。为攻克这些难题，研究团队将目光投向原子级厚度的硒化铟材料。

硒化铟具备优异的弹道输运特性，电子可在极低阻力下高速运动；其电子有效质量极小，能以更低能耗实现高速运行。此外，根据原子排列方式不同，硒化铟还可表现出铁电特性，即能够 “记住” 自身电学状态，非常适合用于多功能半导体器件。

该论文的一大亮点是：硒化铟可在单一材料内同时实现计算（逻辑）与存储（记忆）功能。这意味着有望摆脱传统冯・诺依曼架构中数据在 CPU 与存储器间频繁搬运所导致的能效低下问题。通过实现存算一体，硒化铟可大幅缩短数据传输路径、降低功耗。此次发布的路线图，为硒化铟从超精细量子晶体管到非易失性存储系统的规模化应用，提供了明确技术路径。

研究同时探讨了产业化落地面临的实际挑战，例如大面积合成与抗氧化稳定性。一旦这些问题得到解决，基于硒化铟的器件有望在量子计算机外设与超低功耗 AI 半导体中发挥核心作用。

“这项研究意义重大，因为硒化铟不只是一种新材料，它代表着计算范式的转变。” Seunguk Song教授表示，“我们期待它发展成为连接量子信息技术与低功耗半导体工程的核心平台。”

值得一提的是，2025年中国科学家首次实现了高质量二维硒化铟（InSe）半导体晶圆的制备。研究团队创新性地提出“固–液–固”二维InSe半导体制备策略，成功攻克了晶圆级InSe材料纯相、高质量制备的关键难题。具体而言，研究团队首先通过磁控溅射技术，在蓝宝石衬底上沉积非晶InSe薄膜，确保前驱体化学计量比为1:1。随后，在高温下（~550℃），利用低熔点液态In（熔点约157℃）包覆晶片边缘，结合熔融石英构建液封空间，防止成分挥发。另外，液态In高温下，少量In原子进入固态InSe非晶薄膜，形成富In液态界面。在该密闭反应体系中，非晶InSe在富In液态界面发生溶解–再结晶过程，促进高结晶度、纯相InSe晶膜的形成。最终，团队制备出厚度均匀、相结构单一、晶体质量优异的2英寸InSe晶圆。

基于该策略制得的InSe晶圆晶体管阵列性能超越目前已报道的所有二维薄膜电子器件，包括极高的迁移率（平均值达287 cm²/V s）和接近玻尔兹曼极限的亚阈值摆幅（平均值低至67 mV/Dec）。此外，10 nm沟道的InSe器件在工作电压、栅极长度、DIBL、有效质量、开关比以及室温弹道率等关键性能指标上，均超越英特尔3纳米节点。器件的延迟时间（delay）和功耗延迟积（EDP）均优于硅技术在2037年IRDS路线图中的预测极限。该成果突破了二维InSe晶圆制备的关键瓶颈，为高性能、低功耗的新一代晶体管技术提供了坚实的材料基础。

未来，基于此类二维InSe晶圆的集成电子系统有望在人工智能、自动驾驶、智能终端等前沿领域发挥关键作用，成为后摩尔时代计算架构的重要支撑。