二维半导体为厚度仅单层或少数几层原子的半导体晶体材料，主流体系包含二硫化钼、二硒化钨、黑磷等过渡金属硫族化合物。该材料具备原子级超薄沟道结构，能够抑制短沟道漏电效应，载流子调控能力优于传统体硅材料，可与现有硅基CMOS产线实现异质集成，是支撑芯片制程突破1纳米节点的核心候选材料。
二维半导体的核心用途覆盖逻辑芯片、新型存储、光电传感、车载边缘计算四大方向。逻辑器件层面用于制备下一代低功耗场效应晶体管，支撑AI算力芯片、物联网微控制器；存储领域可构建非易失性存储阵列，实现存算一体架构，降低数据搬运带来的功耗损耗，适配车载域控、ADAS本地数据读写场景；光电方向用于制备高灵敏度光电探测器、图像传感器，服务机器视觉；在车载电子场景，二维半导体器件可承受宽温环境，降低域控制器功耗，适配自动驾驶持续增长的本地存储与计算需求。根据新思界产业研究中心发布的《
2026-2030年全球及中国二维半导体行业研究及十五五规划分析报告》预测，2030年全球二维半导体市场规模将超过300亿元。
二维半导体技术壁垒较高，台积电联合ASML、IMEC完成300毫米晶圆二维晶体管集成验证，实现50纳米接触栅极间距器件制备。英特尔布局二维FET工艺模块，面向先进逻辑芯片研发。国内高校与科研院所完成多款二维微处理器与存储阵列流片，国内首条8英寸二维半导体工程化示范工艺线落地，实现材料生长、器件制造、PDK工具包全链条打通。国内企业在材料薄膜制备、异质集成工艺上具备并行追赶能力，短板集中在大规模量产良率、标准化器件模型与上下游配套设备。
新思界
行业分析师表示，硅基晶体管持续微缩已经逼近物理极限，二维半导体提供全新技术路径，无需完全替换现有硅基产线，采用异质堆叠方式即可升级芯片性能。下游AI、自动驾驶、边缘传感持续拉动低功耗高密度芯片需求，为二维半导体产业化提供应用出口。
但是，大面积晶圆薄膜均匀性、接触电阻控制、器件长期可靠性、标准化工艺套件仍需要持续攻关，距离消费级、车规级大规模落地仍存在较长周期。短期市场空间集中在科研订单与小批量工程样品，中长期随良率提升逐步渗透物联网、车载存储、算力硬件市场。
未来，二维半导体行业技术路线将由单独二维器件向硅基二维异质集成演进，不追求完全替代硅，以混合架构快速落地，降低产线改造成本；制造载体由4英寸、6英寸小晶圆向8英寸、12英寸大晶圆迁移，提升单片产出，推动成本下降；应用落地顺序分层推进，先实现传感器、存算一体存储器件量产，再逐步拓展至逻辑晶体管，车载边缘存储与低功耗AI芯片成为中期重点落地场景。
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