攻克芯片“界面热阻”瓶颈 我国实现原子级平整成核界面助推氮化镓器件性能跃升

记者从西安电子科技大学获悉,该校郝跃院士、张进成教授领衔的科研团队在半导体材料集成技术方面取得重大突破,成功破解困扰业界多年的芯片散热世界性难题,为我国半导体产业发展注入强劲动力。

长期以来,半导体芯片制造面临一个核心技术瓶颈:不同材料层间形成的"岛状"连接结构严重阻碍热量传递,成为制约器件性能提升的关键因素。

这一问题的根源在于传统半导体芯片晶体成核层表面存在显著的凹凸不平现象,导致热量无法有效散出,形成所谓的"热堵点"。

"当芯片工作时产生的热量无法及时散发,不仅会造成器件性能急剧下降,严重情况下甚至导致芯片损坏失效。

"西安电子科技大学副校长张进成教授解释说,这一技术难题自2014年相关成核技术荣获诺贝尔物理学奖以来,始终未能得到根本性解决,已成为射频芯片功率提升的最大制约因素。

面对这一世界性技术挑战,研究团队经过多年攻关,创新性地提出"离子注入诱导成核"技术路径。

该技术的核心在于将传统半导体材料生长过程中的随机性转变为精准可控的均匀生长模式,从而实现界面结构的根本性改善。

实验数据显示,采用新技术制备的半导体结构界面热阻仅为传统工艺的三分之一,散热效率获得显著提升。

更为重要的是,基于该技术制备的氮化镓微波功率器件在关键性能指标上实现历史性突破:在X波段和Ka波段的输出功率密度分别达到42瓦每毫米和20瓦每毫米,较此前国际最高纪录提升30%至40%。

这一技术突破的实际应用价值十分显著。

在相同芯片面积条件下,雷达装备的探测距离将大幅增加,通信基站的覆盖范围也将显著扩展,同时实现更高的能效比。

这对于提升我国在5G通信、雷达探测、卫星通信等关键领域的技术竞争力具有重要战略意义。

业内专家认为,该项技术成果不仅解决了半导体产业的关键技术难题,更为重要的是建立了具有中国特色的半导体材料高质量集成技术体系,为我国在全球半导体产业链中占据更有利地位奠定了坚实基础。

目前,相关研究成果已在国际顶级学术期刊《自然·通讯》和《科学进展》上发表,获得国际学术界高度认可。

研究团队表示,下一步将加快技术产业化进程,推动相关成果在更广泛的应用领域实现转化。

这项源自中国实验室的原创性突破,不仅破解了困扰学界十年的技术困局,更展现出基础研究与应用研发协同创新的巨大潜力。

在全球半导体产业竞争格局深刻重构的当下,以界面科学为代表的底层技术创新,正成为突破"卡脖子"难题、锻造产业链韧性的关键抓手。

正如郝跃院士所言:"当科学家把论文写在生产线上的时候,基础研究的火花就能点燃产业革命的引擎。

"这或许正是中国科技自立自强道路上的生动注脚。