西电团队攻克半导体材料制备领域世界性难题

　　“懂火候易，精准控火难”——半导体材料制备领域近二十年行业痛点被破解！近日，西安电子科技大学郝跃院士、张进成教授团队的研究成果，可将材料连接从“岛状”结构转变到原子级平整“薄膜”，这一关键转变一举实现了芯片性能的跃升。这项突破性成果，已登上国际顶级学术期刊平台。

　　为器件性能的爆发式提升奠定关键基础

　　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。尤其是在氮化镓为代表的第三代半导体和氧化镓为代表的第四代半导体领域，如何实现材料高效可靠集成，是长期困扰行业的关键挑战。

　　传统工艺以氮化铝作为材料“黏合层”，但该层在生长过程中会自发形成不规则、凹凸不平的“岛屿”结构。“这就像在凹凸不平的堤坝上修建水渠。”周弘形象地解释，“‘岛状’结构表面崎岖，会让热量在界面传递时遭遇极大阻力，形成‘热堵点’。”热量无法导出，会在芯片内部不断累积，最终造成器件性能下降甚至烧毁，这一问题也成为制约射频芯片功率提升的最大瓶颈。

　　该团队的突破，在于从根本上改变了氮化铝层的生长模式。他们创新性开发出“离子注入诱导成核”技术，将原本随机、不均匀的生长过程，转变为精准可控的均匀生长。“就像把随机播种变为按规划均匀播种，最终长出整齐划一的庄稼。”周弘这样形容。

　　借助这项工艺，氮化铝层成功从粗糙的“多晶岛状”结构，升级为原子排列高度规整的“单晶薄膜”。这一转变带来质的飞跃：平整的单晶薄膜大幅减少界面缺陷，热量可快速通过缓冲/成核层导出。实验数据显示，新结构的界面热阻仅为传统“岛状”结构的三分之一。这项革新，精准破解了从第三代到第四代半导体都面临的共性散热难题，为后续器件性能的爆发式提升奠定了关键基础。

　　手机信号接收能力续航时间有望增强

　　采访中记者了解到，基于创新的氮化铝薄膜技术，团队制备的氮化镓微波功率器件，在X波段和Ka波段分别实现42W/mm和20W/mm的输出功率密度。这一数据将国际同类器件的性能纪录提升30%至40%，是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，装备的探测距离能显著增加；对于通信基站而言，则可实现更远的信号覆盖和更低的能耗。”周弘介绍，这项技术的红利也将逐步惠及普通民众，“未来，手机在偏远地区的信号接收能力可能更强，续航时间也有望进一步延长。”

　　更深远的意义在于，这项技术为5G/6G通信、卫星互联网等未来产业发展，储备了关键的核心器件能力。其核心价值远不止于几项破纪录的数据——它成功将氮化铝从一种特定的“黏合层”，转变为可适配、可扩展的“通用集成平台”，为解决各类半导体材料高质量集成的世界性难题，提供了可复制的中国范式。

　　“我们的工作为解决‘如何让两种不同材料完美结合’这一根本问题，提供了一个标准答案。”周弘说。目前团队的目光已投向更远的未来。氮化铝性能优异，但金刚石才是导热性能更强的终极材料。“如果未来能将中间层替换为金刚石，器件的功率处理能力有望再提升一个数量级，达到现在的十倍甚至更多。”记者任娜　通讯员郭楠楠

编辑：张进