3月16日，欧盟石墨烯旗舰计划下“2D实验性试点生产线”（2D-EPL）项目研究人员在《自然-通讯》发表评论性文章《用于未来异质电子器件的二维材料》^[1]，概述了二维材料最有前途的应用领域在高科技产品方面面临的挑战。2D-EPL项目旨在与欧洲石墨烯旗舰计划中欧洲领先的合作伙伴，一起创建验证生产线并实现基于石墨烯相关材料创新技术和传统半导体集成产品的小批量生产。

1、制造技术领域面临的挑战。目前尚未有将二维材料引入硅半导体工厂的可用制造解决方案；缺陷和污染的存在使得二维材料的沉积和生长技术尚未符合大规模生产规范的要求；晶圆键合技术可解决高质量材料制备所需要较高的工艺温度等问题，但其目前还未能达到制造水平；去除或蚀刻对底层具有高选择性的材料面临制造挑战；精确和长期稳定的控制“有效掺杂”以及经典掺杂都面临挑战。

2、深度摩尔（More Moore）。在器件层面，领先的半导体制造商正在从基于硅通道的鳍式场效应晶体管（FinFET）转向堆叠式纳米片场效应晶体管架构，以实现最先进的CMOS技术节点。二维半导体有可能实现多个技术节点的真正规模化。二维材料相关的基本技术和集成成为挑战，需要关注与二维集成相关的问题，其中确定合适的栅极氧化物堆栈和寻找低电阻触点尤为重要。

3、超越摩尔（More than Moore）。二维材料由于其固有的高表面/体积比和多功能化特性，非常适合用于气体、化学和生物传感。基于2D膜的微纳机电系统可用于压力传感器、加速计、振荡器、共振质量传感器、气体传感器、霍尔效应传感器和测辐射热计。二维材料在硅基光电子和光子器件可处理的光谱范围之外的应用领域具有优势，即使在硅基器件的光谱区，具有直接带隙的半导体二维材料在发光方面也比硅有优势；石墨烯、二硒化铂或黑磷等半金属和小带隙材料可在红外发光区域与昂贵的III–V族半导体技术竞争。

4、光子集成电路。光子集成电路是计算机芯片上和芯片之间进行数据传输的终极性能推进器。基于二维材料的光子器件可以将有源器件组件与硅光子器件集成，也可以与无源非晶波导材料（如氮化硅）集成，为复杂的光子学应用在CMOS上提供了可能性。

5、神经形态计算。神经形态计算旨在为人工智能提供受大脑计算机制启发的计算设备和架构，以实现硬件的节能。二维忆阻器已经显示出了良好的性能，在传感器系统和边缘计算中获得了应用。此外，二维忆阻器还可以提供多种非计算功能，包括安全系统的物理不可关闭功能，以及通信系统的射频切换功能等。

6、量子技术。二维材料和范德华异质结构的各种特性使它们成为自旋电子学和未来量子技术中的可调谐量子材料。二维材料系统不仅能够实现量子物质的人工状态，而且作为固态量子计算材料，可制备量子通信电路中的关键组件，以及用于量子传感。二维材料也是量子比特的固态平台，可用于拓扑量子计算元件和单光子发射器的相干源。（张超星）