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随着晶体管尺寸的不断缩小，硅的性能提升正接近其物理极限。特别是当晶体管通道的厚度降至3nm以下时，表面散射问题会导致电阻急剧增加。
而2D半导体材料，尤其是过渡金属二硫化物（TMD），因其独特的物理特性而成为硅的潜在替代品。
但这里有一个关键的问题，就是我们能否以可以与硅竞争的成本来制造这些2D材料？
尽管2D材料在实验室中已经取得了一定的进展，但在实际应用中，它们在材料生长、集成和制造方面仍面临重大挑战。制造高质量的2D半导体晶体是采用替代通道材料的关键一步，但晶圆厂需要在300mm晶圆上保持一致的质量，这对于2D材料来说是一个不小的挑战。此外，层转移技术对于2D半导体至关重要，但由于层仅三个原子厚，皱纹、空隙等缺陷会降低薄膜质量。
在触点和栅极电介质的集成方面，2D材料也面临挑战。需要可靠、低电阻的触点，且触点长度需要与器件栅极间距成比例。此外，沉积可靠的栅极堆栈也是一个挑战，因为2D材料表面提供的成核位点非常少。图案化是商业上可行的设备所必需的，但对于2D材料来说，这同样是一个挑战，因为它们通常不会牢固地粘附在底层基材上。
尽管存在这些挑战，2D半导体在特定应用中仍有潜力，例如电源电路。在这些领域，2D电源开关可能比在背面沉积硅更容易实现，并且对电源电路的尺寸要求也不太苛刻。
因此，尽管2D半导体在理论上具有优势，但在实现商业化之前，仍需克服薄膜质量、接触质量、栅极氧化沉积和图案化等方面的挑战。与此同时，硅的近期前景依然光明，行业有时间在要求较低的应用中探索2D晶体管的开发。
与此同时，要实现与硅竞争的成本效益和制造一致性，也还有很长的路要走。这涉及到从材料生长到集成的每一个环节，都需要进一步的技术突破和成本优化。只有当这些挑战被克服，2D材料才能真正成为硅的有力竞争者。
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