西电攻克半导体材料世界难题！性能突破性提升

来自 实验室仪器网

在芯片制造中，不同材料层间的“岛状”连接结构长期阻碍热量传递，成为器件性能提升的关键瓶颈。

近日，西安电子科技大学团队通过创新技术，成功将粗糙的“岛状”界面转变为原子级平整的“薄膜”，使芯片散热效率和器件性能获得突破性提升。这项为半导体材料高质量集成提供“中国范式”的突破性成果，已发表在《自然·通讯》与《科学进展》上。

西安电子科技大学副校长介绍，传统半导体芯片的晶体成核层表面凹凸不平，严重影响散热效果。热量散不出去会形成“热堵点”，严重时导致芯片性能下降甚至器件损坏。这个问题自2014年相关成核技术获得诺贝尔奖以来，一直未能彻底解决，成为射频芯片功率提升的最大瓶颈。

本次科研团队首创“离子注入诱导成核”技术，将原本随机的生长过程转为精准可控的均匀生长。实验显示，新结构界面热阻仅为传统的三分之一。基于该技术制备的氮化镓微波功率器件，在X波段和Ka波段输出功率密度分别达42瓦/毫米和20瓦/毫米，将国际纪录提升30%—40%。这意味着同样芯片面积下，装备探测距离可显著增加，通信基站也能覆盖更远、更节能。

半导体材料国产化加速推进

半导体材料是芯片制造的基石，是用于制作集成电路、分立器件、传感器、光电子器件等产品的重要材料。从光刻胶到硅片，从电子特气到CMP抛光垫，半导体材料被誉为“芯片产业的粮食”。

中国工程院院士、北京有色金属研究总院屠院长曾表示，国产化进程正加速推进，大尺寸硅材料、砷化镓等领域国产替代迎来“黄金窗口期”，半导体级硅材料国产化率已超过50%，抛光液等材料的国产化率也已突破30%。AI算力、新能源汽车等终端需求，更是为上游材料企业创造了倍数级增长机遇。此外，行业创新活力迸发，以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）为代表的第三代半导体材料正加速应用于新能源汽车、5G通信等领域，有效提升了器件性能与能效。

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