西安电子科技大学团队攻克芯片散热世纪难题

近日，西安电子科技大学郝跃院士团队在国际顶级期刊《自然·通讯》与《科学·进展》同步发表突破性成果，通过重构半导体材料界面结构，将芯片热阻降低至传统水平的三分之一，成功破解困扰业界二十年的散热瓶颈。这项被国际同行誉为"材料界面革命"的技术，使氮化镓微波功率器件单位面积功率提升40%，为5G/6G通信、卫星互联网及高精度探测装备注入核心动能。

在以氮化镓为代表的第三代半导体和氧化镓为代表的第四代半导体领域，材料层间的界面质量直接决定芯片整体性能，而传统工艺长期面临难以逾越的技术障碍。团队成员、西电微电子学院周弘教授解释，传统方法采用氮化铝作为材料间的“粘合层”，但该层在生长过程中会自发形成不规则的“岛状”结构，如同在凹凸不平的堤坝上修建水渠，导致热量传递时阻力激增，形成“热堵点”，进而引发芯片内部热量囤积、性能衰减甚至器件烧毁，这一问题自2014年相关成核技术获诺贝尔奖以来，始终未能被彻底破解，成为制约射频芯片功率提升的最大瓶颈。

针对这一痛点，郝跃院士团队联合张进成教授团队历经多年攻关，创新性地改变了氮化铝层的生长模式，开发出“离子注入诱导成核”技术，将原本随机、不均匀的生长过程转变为精准可控的均匀生长，如同把随机播种变为按规划规整播种，最终使氮化铝层从粗糙的“多晶岛状”结构，转变为原子排列高度规整的“单晶薄膜”。这一核心革新从根源上优化了界面质量，大幅减少界面缺陷，让热量可快速通过缓冲层导出，实验数据显示，新结构的界面热阻仅为传统“岛状”结构的三分之一，彻底打通了芯片散热的关键堵点。

技术突破带来的不仅是散热效率的飞跃，更实现了芯片性能的跨越式提升。基于这项创新技术，团队制备出的氮化镓微波功率器件，在X波段和Ka波段分别实现42 W/mm和20 W/mm的输出功率密度，将国际同类器件的性能纪录提升30%至40%，是近二十年来该领域最大幅度的性能突破。西安电子科技大学副校长张进成教授表示，这一成果意味着在芯片面积不变的情况下，应用于探测装备可显著增加探测距离，用于通信基站则能实现更远的信号覆盖和更低的能耗，为高端电子装备升级提供核心支撑。

业内专家指出，郝跃院士团队的成果不仅破解了半导体行业的共性难题，更核心价值在于将氮化铝从特定“粘合剂”转变为可适配、可扩展的“通用集成平台”，为各类半导体材料的高质量集成提供了全新解决方案。