西電團(tuán)隊(duì)攻克芯片散熱世界難題創(chuàng)新技術(shù)提升性能

小大

用微信掃描二維碼
分享至好友和朋友圈

關(guān)鍵詞：

2026-01-15 19:16:26 中國(guó)新聞網(wǎng)

長(zhǎng)期以來(lái)，半導(dǎo)體面臨一個(gè)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的比喻形象地描述了這一挑戰(zhàn)。

西安電子科技大學(xué)郝躍院士張進(jìn)成教授團(tuán)隊(duì)在這一難題上實(shí)現(xiàn)了重大突破。他們通過(guò)將材料間的“島狀”連接轉(zhuǎn)化為原子級(jí)平整的“薄膜”，使芯片散熱效率與綜合性能大幅提升。這項(xiàng)成果打破了近二十年的技術(shù)停滯，在前沿科技領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力，并已發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊《自然·通訊》與《科學(xué)·進(jìn)展》上。

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，如何高效、可靠地集成這些材料成為關(guān)鍵挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)方法使用氮化鋁作為中間的“粘合層”，但生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)形成無(wú)數(shù)不規(guī)則且凹凸不平的“島嶼”。這導(dǎo)致熱量傳遞時(shí)阻力極大，形成“熱堵點(diǎn)”，最終影響芯片性能甚至導(dǎo)致器件燒毀。這個(gè)問(wèn)題自2014年相關(guān)成核技術(shù)獲得諾貝爾獎(jiǎng)以來(lái)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(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地開(kāi)發(fā)出“離子注入誘導(dǎo)成核”技術(shù)，將原來(lái)隨機(jī)、不均勻的生長(zhǎng)過(guò)程轉(zhuǎn)變?yōu)榫珳?zhǔn)、可控的均勻生長(zhǎng)。這項(xiàng)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)變帶來(lái)了質(zhì)的飛躍：平整的單晶薄膜大大減少了界面缺陷，熱可快速通過(guò)緩沖/成核層導(dǎo)出。實(shí)驗(yàn)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(xiàng)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)。

基于這項(xiàng)創(chuàng)新的氮化鋁薄膜技術(shù)，研究團(tuán)隊(duì)制備出的氮化鎵微波功率器件，在X波段和Ka波段分別實(shí)現(xiàn)了42 W/mm和20 W/mm的輸出功率密度。這一數(shù)據(jù)將國(guó)際同類(lèi)器件的性能紀(jì)錄提升了30%到40%，是近二十年來(lái)該領(lǐng)域最大的一次突破。這意味著在芯片面積不變的情況下，裝備探測(cè)距離可以顯著增加；對(duì)于通信基站而言，則能實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)的信號(hào)覆蓋和更低的能耗。

12 全文共 2 頁(yè)下一頁(yè)

關(guān)閉

西電團(tuán)隊(duì)攻克芯片散熱世界難題 創(chuàng)新技術(shù)提升性能

相關(guān)新聞

今日熱點(diǎn)

頻道熱點(diǎn)

西電團(tuán)隊(duì)攻克芯片散熱世界難題創(chuàng)新技術(shù)提升性能