西安電子科技大學(xué)郝躍院士團(tuán)隊(duì)在半導(dǎo)體材料研究領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大突破，成功攻克困擾行業(yè)多年的芯片散熱難題。這項(xiàng)成果不僅解決了第三代半導(dǎo)體氮化鎵與第四代半導(dǎo)體氧化鎵集成過程中的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，更使射頻芯片功率密度得到顯著提升，相關(guān)論文已連續(xù)發(fā)表于《自然·通訊》和《科學(xué)·進(jìn)展》兩本國(guó)際權(quán)威期刊。

傳統(tǒng)技術(shù)路徑中，氮化鋁作為中間層材料時(shí)會(huì)在生長(zhǎng)過程中形成不規(guī)則的"島嶼"結(jié)構(gòu)，這種自2014年相關(guān)領(lǐng)域獲諾貝爾獎(jiǎng)以來始終存在的缺陷，導(dǎo)致界面熱阻居高不下，嚴(yán)重制約了芯片功率的提升。研究團(tuán)隊(duì)通過創(chuàng)新應(yīng)用高能離子注入技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了晶體成核層的原子級(jí)平整化處理，使界面熱阻降低至原有水平的三分之一。

基于該技術(shù)研制的氮化鎵微波功率器件展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)，單位面積功率較現(xiàn)有最先進(jìn)產(chǎn)品提升30%-40%。團(tuán)隊(duì)成員周弘教授解釋，這種性能躍升源于熱管理效率的突破性改善，熱量能夠更快速地從芯片核心區(qū)域?qū)С?，從而允許在相同散熱條件下實(shí)現(xiàn)更高功率輸出。

在應(yīng)用層面，這項(xiàng)突破將產(chǎn)生廣泛影響。軍事領(lǐng)域的探測(cè)設(shè)備可憑借更強(qiáng)的信號(hào)處理能力實(shí)現(xiàn)探測(cè)距離的實(shí)質(zhì)性擴(kuò)展，5G通信基站的覆蓋半徑將顯著增加，同時(shí)單個(gè)基站的能耗可降低15%-20%。對(duì)于消費(fèi)電子領(lǐng)域，周弘教授特別指出，未來手機(jī)芯片若采用該技術(shù)，在偏遠(yuǎn)地區(qū)的信號(hào)接收強(qiáng)度將提升，電池續(xù)航時(shí)間也有望延長(zhǎng)。

研究團(tuán)隊(duì)當(dāng)前正推進(jìn)技術(shù)迭代，重點(diǎn)探索金剛石等超高熱導(dǎo)材料與半導(dǎo)體的集成方案。初步實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，若能突破相關(guān)工藝瓶頸，芯片的功率處理能力可能實(shí)現(xiàn)數(shù)量級(jí)提升，達(dá)到現(xiàn)有水平的十倍以上。這種突破將使半導(dǎo)體器件在航空航天、深空探測(cè)等極端環(huán)境應(yīng)用中展現(xiàn)更大潛力。

這項(xiàng)持續(xù)六年的研究項(xiàng)目，通過材料界面工程與微納加工技術(shù)的深度融合，為解決高功率半導(dǎo)體器件的"熱-電"協(xié)同優(yōu)化難題提供了全新思路。其技術(shù)路徑既保持了與傳統(tǒng)半導(dǎo)體工藝的兼容性，又為下一代寬禁帶半導(dǎo)體器件的發(fā)展開辟了新方向。