我国科学家突破半导体散热关键技术 器件性能刷新国际纪录

热量管理长期制约芯片性能发挥。

传统半导体芯片的晶体成核层结构不均,晶体生长呈岛状分布,凹凸不平的界面严重阻碍热量传导,形成"热堵点",导致芯片降频甚至烧毁。

这一难题自2014年相关诺贝尔奖技术问世以来,已困扰全球顶尖研究机构长达十年。

郝跃团队创新突破了传统工艺的局限。

研究团队通过高能离子精确制导,让原本随机生长的氮化铝晶体整齐排列成原子级平整的单晶薄膜,从根本上改变了材料生长模式。

这一"离子注入诱导成核"技术相当于为芯片内部构建了一条散热高速公路,使界面热阻降至传统结构的三分之一。

团队用近两千次实验探索,在2022年冬天发现特定能量离子可精准调控晶体生长方向,最终形成完全自主创新的技术体系。

性能指标实现国际领先。

基于新型氮化铝薄膜制备的氮化镓微波功率器件,在X波段和Ka波段分别实现42瓦每毫米和20瓦每毫米的输出功率密度,刷新国际纪录。

这意味着在设备体积不变的前提下,5G基站信号覆盖半径可扩大百分之四十,雷达探测距离可增加三分之一,为通信、导航、感知等领域应用开辟新空间。

技术具有广泛的适用价值。

该项突破不仅解决了第三代半导体氮化镓的散热难题,更为正在崛起的氧化镓等第四代半导体提供了通用解决方案,展现出在5G/6G通信、卫星互联网、相控阵雷达等战略性领域的应用潜力。

由于采用标准的半导体制造工艺,新技术可快速导入现有产线,无需大规模改造生产设备。

产业化前景明确。

预计三年内,采用该技术的功率器件将规模化应用于通信基站和卫星载荷等领域。

从消费端看,手机在复杂环境下的信号稳定性将显著提升,偏远地区的网络覆盖质量将明显改善,这些改进将直观惠及广大用户。

战略意义深远。

这项突破标志着中国半导体产业从技术追随向规则制定的转变。

当国际竞争聚焦于制程工艺微缩时,中国科研团队另辟蹊径,在材料界面的微观世界开辟了新赛道,创造了具有普适性的技术范式,展现了中国科学家的创新能力和战略眼光。

芯片性能的边界,常常由看似细微的材料界面与工艺选择所决定。

此次围绕成核与热传导的探索,提示我们:在关键核心技术攻关中,既要盯紧“卡点”,也要善于从底层机理寻找新解法。

把原创成果变成可验证、可量产、可迭代的产业能力,才能让实验室里的突破真正转化为通信更稳、装备更强、产业更韧性的现实支撑。