研判！2025年中国二维半导体材料行业发展背景、相关政策、市场规模及未来趋势分析：二维半导体材料产业应用逐步推进[图]

内容概要：二维材料是一大类材料的统称，指的是在一个维度上材料尺寸减小到极限的原子层厚度，而在其他两个维度，材料尺寸相对较大。最典型也是最早实验证明的二维材料是石墨烯。2004年，K. S. Novoselov等人在Science杂志发表文章，报道了通过机械剥离的方法从高取向的裂解石墨中获得了石墨烯，且证明了其独特优异的电学性质。自此之后，以石墨烯为代表的二维材料获得了快速的发展，新的二维材料如雨后春笋般涌现。得益于其原子层厚度方向上的量子局限效应，这些二维材料展示出与其对应的三维结构截然不同的性质，因此受到了科学界和工业界的广泛关注。面对摩尔定律逼近物理极限的全球性挑战，具有单个原子层厚度的二维半导体是目前国际公认的破局关键。台积电、英特尔和 IMEC等大型企业纷纷加速布局二维半导体赛道，在二维半导体材料研究和集成方面投入了大量资金，推动产业由实验室迈向规模化。数据显示，2024年全球二维半导体材料市场规模达18亿美元，其中石墨烯为最大细分市场，这主要得益于其优越的导电性和机械强度，占比45%。过渡金属二硫族化合物(TMDs)因其独特的电子性质和在各种应用中的多功能性而成为第二大细分市场，占比30%。随着制备技术的成熟与跨学科融合的深化，二维材料有望在光电子、量子计算、柔性电子等领域引发新一轮产业革命，重塑全球半导体竞争格局。

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关键词：二维半导体材料、半导体材料、二维半导体、石墨烯

一、二维半导体材料行业相关概述

二维材料是一大类材料的统称，指的是在一个维度上材料尺寸减小到极限的原子层厚度，而在其他两个维度，材料尺寸相对较大。最典型也是最早实验证明的二维材料是石墨烯。2004年，K. S. Novoselov等人在Science杂志发表文章，报道了通过机械剥离的方法从高取向的裂解石墨中获得了石墨烯，且证明了其独特优异的电学性质。自此之后，以石墨烯为代表的二维材料获得了快速的发展，新的二维材料如雨后春笋般涌现。得益于其原子层厚度方向上的量子局限效应，这些二维材料展示出与其对应的三维结构截然不同的性质，因此受到了科学界和工业界的广泛关注。

除石墨烯之外，其他的二维材料还包括：单元素的硅烯、锗烯、锡烯、硼烯和黑磷等，过渡金属硫族化合物如MoS2、WSe2、ReS2、PtSe2、NbSe2等，主族金属硫族化合物如GaS、InSe、SnS、SnS2等，以及其他二维材料如h-BN、CrI3、NiPS3、Bi2O2Se等。这些二维材料具有完全不同的能带结构以及电学性质，覆盖了从超导体、金属、半金属、半导体到绝缘体等材料类型。同时，他们也具有优异的光学、力学、热学、磁学等性质。通过堆垛种类不同的二维材料，可以构筑功能性更强的材料体系。因此，这些材料有望在高性能电子器件、光电子器件、自旋电子器件以及能源转换和存储等领域得到应用。

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二、二维半导体材料行业发展背景

半导体材料是半导体产业链中重要一环，直接关系着半导体的性能。2024年全球半导体材料市场收入规模达675亿美元，同比增长3.8%，但这一数字仍低于2022年的历史高点。市场复苏主要得益于整体半导体行业回暖，以及高性能计算（HPC）和高带宽存储器（HBM）制造对先进材料需求的持续增长。半导体材料分为晶圆制造材料和封装材料两大领域。其中，晶圆制造材料收入达429亿美元，同比增长3.3%；封装材料收入246亿美元，增幅达4.7%。CMP化学机械抛光、光刻胶及其辅助材料等细分市场表现尤为突出，实现了两位数的强劲增长。

从地区来看，中国台湾、中国大陆和韩国仍然是半导体材料的前三大市场，合计占全球市场份额的65%。其中中国台湾以200.9亿美元的市场规模位居全球第一。中国大陆在2024年半导体材料市场规模为134.58亿美元，位居全球第二，同比增长5.3%。历经多年发展，我国已实现大多数半导体材料的布局或量产，在硅片、电子特气、光刻胶等多种关键半导体材料方面，我国企业稳健布局产能与技术研发，未来有望逐步实现规模增长与技术迭代，半导体材料国产化率将持续提升。

半导体材料的发展经历了从第一代到第三代的演变，而二维半导体材料作为新兴领域，自2004年石墨烯的发现后逐渐成为研究热点。传统半导体材料以硅（Si）和锗（Ge）为代表的第一代材料主导了集成电路产业；第二代化合物半导体（如砷化镓GaAs）则在光电子和通信领域崭露头角；第三代宽禁带半导体（如碳化硅SiC、氮化镓GaN）因高温、高频特性被用于新能源和5G领域。然而，随着器件微型化和柔性电子需求的增加，传统半导体材料的物理极限逐渐显现，二维半导体材料因其原子级厚度、优异的电学与光学特性成为突破方向。二维半导体材料的研究始于石墨烯，但其零带隙特性限制了其在逻辑器件中的应用。随后，过渡金属二硫族化合物（TMDCs，如MoS₂、WS₂）被发现具有可调带隙（1-2 eV），成为二维半导体的代表。2010年后，单层MoS₂晶体管的成功制备标志着二维半导体进入实用化阶段。

三、二维半导体材料行业市场现状

1、相关政策

我国将二维半导体材料纳入前沿材料，出台多项鼓励政策，给予大力支持。2023年8月，国家工信部、国资委联合发布《关于印发前沿材料产业化重点发展指导目录（第一批）的通知》，文件明确将二维半导体材料、超导材料以及超材料等纳入前沿材料产业目录。在工信部、生态环境部等部门2024年12月发布的《标准提升引领原材料工业优化升级行动方案（2025—2027年）》中提出重点开展超材料、超导材料、二维半导体材料等前沿新材料标准制修订。

2、市场现状

面对摩尔定律逼近物理极限的全球性挑战，具有单个原子层厚度的二维半导体是目前国际公认的破局关键。台积电、英特尔和 IMEC等大型企业纷纷加速布局二维半导体赛道，在二维半导体材料研究和集成方面投入了大量资金，推动产业由实验室迈向规模化。数据显示，2024年全球二维半导体材料市场规模达18亿美元，其中石墨烯为最大细分市场，这主要得益于其优越的导电性和机械强度，占比45%。过渡金属二硫族化合物(TMDs)因其独特的电子性质和在各种应用中的多功能性而成为第二大细分市场，占比30%。

在政府部门加大政策支持力度、研发单位加强技术研发等因素驱动下，中国在二维半导体材料、二维半导体研究领域处于国际前列，技术不断突破。如2023年7月，我国研究者提出模块化局域元素供应生长技术，成功实现了半导体性二维过渡金属硫族化合物晶圆批量化高效制备，晶圆尺寸可从2英寸扩展至与现代半导体工艺兼容的12 英寸，有望推动二维半导体材料由实验研究向产业应用过渡，为新一代高性能半导体技术发展奠定了材料基础。2025年2月，西湖大学工学院孔玮研究员提出了一种新策略，实现了以二硫化钼为代表的二维半导体单晶晶圆在商用绝缘体衬底上的外延生长，为基于二维半导体的大规模工业化应用提供了坚实的材料基础。2025年4月，复旦大学集成芯片与系统全国重点实验室周鹏、包文中联合团队成功研制全球首款基于二维半导体材料的32位RISC-V架构微处理器“无极（WUJI）”，该成果突破二维半导体电子学工程化瓶颈，首次实现5900个晶体管的集成度，是由复旦团队完成、具有自主知识产权的国产技术，使我国在新一代芯片材料研制中占据先发优势，为推动电子与计算技术进入新纪元提供有力支撑。

二维半导体凭借原子级厚度（0.3-10nm）与范德华异质集成特性，在通道工程、接触工程、栅堆叠及集成技术四大维度实现系统性突破。二维通道技术层面，早期通过机械剥离法获取二维材料，后发展至化学气相沉积（CVD）生长，实现材料可控合成；随着技术迭代，晶圆级生长技术成熟，涵盖籽晶生长、外延生长等工艺，当前正朝着单晶晶圆级生长目标推进，以满足大规模器件制备需求。二维接触技术方面，从传统接触结构起步，历经源漏掺杂、边缘接触探索，发展出范德华（vdW）接触、半金属接触及P型范德华接触等创新结构，优化器件电学接触性能。二维栅堆叠技术领域，围绕高κ氧化物/二维通道体系，衍生出UV-O₃处理、金属（氧化物）中间层、纳米雾中间层、有机分子中间层等技术路径，提升栅极堆叠的绝缘性与电学调控能力。二维集成技术层面，从实验室阶段的二维材料NMOS、PMOS基础器件，逐步发展至二维FinFET、二维微处理器，再到二维多层堆叠FET、二维CFET集成，实现从基础器件研发到晶圆厂（FAB）级兼容工艺的跨越。这一技术演进路径，不仅彰显了二维半导体突破传统物理极限的潜力，更为半导体行业未来发展提供了关键技术指引。

四、二维半导体材料发展趋势

二维半导体材料凭借其独特的物理特性与广泛的应用场景，已成为后摩尔时代的重要技术方向。从基础研究到产业化，中国在政策支持与市场需求的双重驱动下，正加速突破关键技术瓶颈。未来，随着制备技术的成熟与跨学科融合的深化，二维材料有望在光电子、量子计算、柔性电子等领域引发新一轮产业革命，重塑全球半导体竞争格局。

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