破解矽基晶片物理極限 新加坡新創Nexstrom用二維材料押注半導體下世代革命

數十年來，晶片製造商一直致力於透過縮小矽電晶體尺寸、在每片晶片上塞入更多電晶體的方式來提升半導體效能。然而，電晶體微縮本身伴隨著嚴峻的技術瓶頸——控制電子流動變得更加困難，進而加劇漏電流、功耗損失與發熱等問題。

由Xora Innovation所孕育的新加坡半導體新創公司Nexstrom認為，在資料中心需求火熱、全球晶片缺貨潮未見緩和之際，以二維（2D）材料取代矽，是解決上述難題的可行路徑之一。

這家總部位於新加坡的公司正在打造相關設備與製程流程，讓晶圓代工廠得以直接在晶圓上生長極薄的半導體材料，亦即所謂的過渡金屬二硫屬化物（Transition-Metal Dichalcogenides，TMDs）。

事實上，TMDs並非真正意義上的二維材料；只是因為它們極為纖薄，才被歸入被統稱為「二維材料」的龐大家族，以彰顯其厚度之薄。TMDs的厚度僅有數個原子層，這項特性吸引了試圖進一步縮減晶片尺寸的晶片大廠目光。

該新創公司表示，其名為「North Star」的產品，設計目標是在商用晶片製造所使用的300毫米（12吋）晶圓上直接生長TMDs。

Nexstrom並非唯一看見二維半導體微縮潛力的玩家。台積電、英特爾以及比利時的IMEC皆正積極研發將二維材料整合至電晶體的方法；而設備與材料供應商如AIXTRON、CDimension以及其他若干新創公司，則鎖定整個製造供應鏈的其他環節布局。台積電、ASML與IMEC近期更攜手展示如何在300毫米整合製程中運用二維材料電晶體。

然而，Nexstrom押注的是一塊尤其艱難的領域：將這些材料大規模量產以供半導體生產之用。該公司的技術部分奠基於共同創辦人暨首席科學家Lance Li的研究，他先前在台積電主導「後矽時代電子元件」相關研究。Li自2012年起便投入二維材料研究。

Li在接受TechCrunch採訪時表示：「在實驗室環境中，研究人員確實能製作出尺寸極小、品質極佳的材料，但規模非常有限。這正是Nexstrom要切入的市場缺口。」

為了實現這專案標，這家新加坡公司在週二宣布完成一輪1,200萬美元的種子輪融資，投資人包括Xora、Foothill Ventures與SEEDS。該公司迄今累計募資金額已達1,500萬美元。

不過，Nexstrom並不打算與台積電、三星、英特爾等晶片製造巨頭正面競爭，而是希望將其技術銷售給這些大廠，或與其建立合作夥伴關係。該公司透露，業界已有部分企業正在測試其晶圓與材料樣品，惟拒絕透露客戶名單。

儘管如此，在如此微小的半導體材料能夠量產之前，仍有許多難題待解，其中最關鍵的挑戰在於：如何在整片全尺寸晶圓上穩定且一致地生長TMDs。

Nexstrom執行長Phoebe Tan向TechCrunch表示：「在現階段，我們的工作重心在於交付符合（業界合作夥伴所開出）規格的材料品質。我們已透過甫安裝完成的12吋系統，在晶圓上驗證了材料成果。我們已系統性地從2吋、6吋逐步放大，預計將於10月底前完成8吋與12吋的驗證。」

Nexstrom計劃將新一輪資金用於持續精進核心技術、推動設備朝商業化生產邁進。Tan指出，相關資金也將用於改善製程控制與量測能力、擴大團隊編制，以及支援與潛在客戶進行的產品認證計畫。

該新創公司預期，其設備將於2030年至2035年之間準備就緒，可進入商業化量產階段。