重大突破！我国攻克半导体材料世界难题

近日，西安电子科技大学郝跃院士、张进成教授团队成功攻克了一项困扰全球业界近二十年的世界性难题，通过原创性技术将芯片内部阻碍散热的粗糙“岛状”界面转变为原子级平整的“薄膜”，实现了芯片散热效率与综合性能的飞跃性提升。

这项突破性成果已发表于国际顶级期刊《自然·通讯》与《科学进展》，为解决各类半导体材料高质量集成问题提供了可复制的“中国范式”。

郝跃院士（左四）指导师生实验。图片来源：西安电子科技大学

该突破的核心在于团队首创的“离子注入诱导成核”技术。在半导体器件中，不同材料层间的界面质量直接决定整体性能。传统工艺中，作为关键“黏合层”的氮化铝在生长时会自发形成凹凸不平的“岛屿”结构，严重阻碍热量导出，形成“热堵点”，成为制约射频芯片功率提升的最大瓶颈。

研究团队创新性地利用离子注入技术，将材料生长过程从随机、不均匀转变为精准可控的均匀生长，最终使氮化铝层从“多晶岛状”结构升级为原子排列规整的“单晶薄膜”。实验数据显示，新结构的界面热阻仅为传统结构的三分之一，从根源上破解了第三代乃至第四代半导体面临的共性散热难题。

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此项技术革新带来了器件性能的爆发式增长。基于该技术制备的氮化镓微波功率器件，在X波段和Ka波段的输出功率密度分别达到42瓦/毫米和20瓦/毫米，将国际同类器件性能纪录提升了30%至40%，被评价为近二十年来该领域最大的一次技术突破。

这意味着，在芯片面积不变的情况下，应用该技术的雷达等探测装备的探测距离将显著增加；用于5G/6G通信基站，则能实现更远的信号覆盖与更低的能耗。

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未来，这项技术的红利也将惠及普通民众，例如搭载相关芯片的手机在偏远地区的信号接收能力和续航时间都有望得到增强。

值得一提的是，几乎在同一时间，由中核集团中国原子能科学研究院自主研制的我国首台串列型高能氢离子注入机成功出束，其核心指标达到国际先进水平，离子注入机是芯片制造“四大核心装备”之一，长期依赖进口。

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