西安电子科技大学在芯片散热领域取得重大突破

西安电子科技大学在芯片散热领域取得重大突破

西安电子科技大学联合西安发布官微近日披露，该校郝跃院士团队中的张进成教授研究小组取得关键性技术进展。团队通过创新性地将材料间的“岛状”结构转化为原子级平整的“薄膜”，显著提升了芯片的散热效率与整体性能，为不同半导体材料的高品质集成提供了可推广的技术路径。

该研究成果已在国际顶级学术期刊《自然·通讯》及《科学·进展》上发表。

西安电子科技大学副校长张进成指出，当前广泛应用的射频半导体芯片多为第三代氮化镓（GaN）芯片，其散热性能高度依赖于芯片晶体的成核层。此前，此类成核层表面普遍存在凹凸不平的问题，这不仅影响散热效率，还可能引发热量堆积，最终导致芯片性能下降，甚至器件损毁。这一问题自2014年相关成核技术获得诺贝尔奖以来，始终未能有效解决，成为制约射频芯片功率提升的关键瓶颈。

张进成团队的突破性工作在于对氮化铝层的生长机制进行了根本性调整。团队研发出一种“离子注入诱导成核”工艺，将原本随机且不均匀的成核过程转变为可控且均匀的生长模式。该工艺成功将多晶岛状结构的氮化铝层转化为原子排列高度有序的单晶薄膜。

原子级平整的单晶薄膜大幅减少了界面缺陷，显著提升了热传导效率。实验结果显示，新结构的界面热阻仅为传统“岛状”结构的三分之一。这项材料层面的基础工艺革新，不仅解决了第三代半导体材料的散热难题，也为第四代半导体的性能跃迁奠定了重要基础。

基于这一创新的氮化铝薄膜技术，研究团队成功研制出高性能的氮化镓微波功率器件。在X波段和Ka波段，器件分别实现了42 W/mm和20 W/mm的输出功率密度。这一数据相较当前国际同类产品提升30%-40%，是近二十年来该领域最具突破性的进展。

团队成员、微电子学院教授周弘表示，这项技术的应用将极大提升探测设备的性能，使其探测距离明显增加；在通信基站方面，也将带来更远的信号覆盖与更低的功耗表现。对于普通用户而言，如果未来手机采用类似芯片，其在偏远地区的信号接收能力将显著增强，电池续航时间也可能更长。

周弘还透露，研究团队正尝试将散热性能更为优异的金刚石材料引入半导体制造。若这一方向取得成功，半导体器件的功率承载能力有望实现十倍乃至更高的提升。