西電團隊攻克芯片散熱難題創(chuàng)新技術(shù)大幅提升性能

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2026-01-15 08:28:55 中國新聞網(wǎng)

長期以來，半導(dǎo)體面臨一個根本矛盾：下一代材料性能更好，但制造方法卻難以掌握。西安電子科技大學(xué)領(lǐng)軍教授周弘用控制火候來比喻這一難題。

郝躍院士張進成教授團隊在這一核心難題上實現(xiàn)了歷史性跨越。他們通過將材料間的“島狀”連接轉(zhuǎn)化為原子級平整的“薄膜”，使芯片的散熱效率與綜合性能大幅提升。這不僅打破了近二十年的技術(shù)停滯，還在前沿科技領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力，相關(guān)成果已發(fā)表在國際頂級期刊《自然·通訊》與《科學(xué)·進展》。

在半導(dǎo)體器件中，不同材料層間的界面質(zhì)量直接決定了整體性能。特別是在以氮化鎵為代表的第三代半導(dǎo)體和以氧化鎵為代表的第四代半導(dǎo)體中，關(guān)鍵挑戰(zhàn)在于如何高效、可靠地集成這些材料。傳統(tǒng)方法使用氮化鋁作為中間的“粘合層”，但在生長時會形成無數(shù)不規(guī)則且凹凸不平的“島嶼”。這種結(jié)構(gòu)導(dǎo)致熱量在界面?zhèn)鬟f時阻力極大，形成“熱堵點”。熱量散不出去，會導(dǎo)致性能下降甚至器件燒毀。這個問題自2014年相關(guān)成核技術(shù)獲得諾貝爾獎以來一直未能徹底解決，成為制約射頻芯片功率提升的最大瓶頸。

研究團隊的突破在于從根本上改變了氮化鋁層的生長模式。他們創(chuàng)新性地開發(fā)出“離子注入誘導(dǎo)成核”技術(shù)，將原來隨機、不均勻的生長過程轉(zhuǎn)變?yōu)榫珳?zhǔn)、可控的均勻生長。這項工藝使氮化鋁層從粗糙的“多晶島狀”結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)樵优帕懈叨纫?guī)整的“單晶薄膜”。這一轉(zhuǎn)變大大減少了界面缺陷，使熱可快速通過緩沖/成核層導(dǎo)出。實驗數(shù)據(jù)顯示，新結(jié)構(gòu)的界面熱阻僅為傳統(tǒng)“島狀”結(jié)構(gòu)的三分之一。這項看似基礎(chǔ)的材料工藝革新解決了從第三代到第四代半導(dǎo)體都面臨的共性散熱難題，為后續(xù)的性能爆發(fā)奠定了最關(guān)鍵的基礎(chǔ)。

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