破解半導體20年魔咒！中國西安電子科技大學打造原子級「散熱高速公路」

在追求半導體效能極限的道路上，「熱」始終是看不見卻最致命的瓶頸。如何將不同半導體材料高效整合，讓它們在高溫高壓下仍穩定協作，是困擾學界與產業界近二十年的難題。

中國西安電子科技大學周弘教授表示，這是讓新材料「聽話」長在一起的挑戰。如今，由郝躍院士與張進成教授領銜的西電科研團隊，在這一核心領域取得歷史性突破，成功將混亂的界面轉化為原子級平整的單晶薄膜，為晶片內部構建起「散熱高速公路」。

上述成果接連登上國際頂尖期刊《自然 · 通訊》（Nature Communications）與《科學 · 進展》（Science Advances），後者更將其選為封面論文，標誌著中國在半導體基礎工藝領域實現從「跟跑」到「領先」的關鍵跨越。

長久以來，以氮化鎵和氧化鎵為代表的先進半導體需藉氮化鋁作緩衝層，與矽或碳化矽基板結合，但傳統製程使氮化鋁生成多晶「島狀」結構，造成熱量在界面「堵車」，裝置易過熱失效。

雖然自 2014 年相關成核機制獲諾貝爾獎後全球持續優化，但「熱障」問題始終無解，嚴重限制高功率射頻晶片、5G 基地台及衛星通訊發展。

西電團隊跳出局部修補思路，首創「離子注入誘導成核」技術，透過在基板精準植入成核點，引導原子有序生長，將界面從「亂石堆」變為連續緻密的單晶薄膜，宛如鋪設一條原子級「坦途」。

實測數據顯示，新結構熱阻降至傳統三分之一，氮化鎵微波功率元件在 X 與 Ka 波段的輸出功率密度分別達 42 W/mm 與 20 W/mm，提升 30% 至 40%，創近 20 年最大躍升幅度，這意味著雷達探測更遠、5G 覆蓋更廣、能耗更低，手機訊號、電動車電控與衛星設備也將受益。

更重要的是，該技術將氮化鋁從「專用膠水」升級為通用平台，為多種半導體提供高品質異質整合方案，堪稱新的「材料融合協議」。團隊也打算以導熱更佳的鑽石取代中間層，進一步釋放裝置潛能。

從 1990 年代末期起步到今日突破，這場跨越二十年的科學研究長跑彰顯坐冷板凳的定力。當未來高原視訊暢通、沙漠自駕穩健、海島聯網高速，背後都可能流淌著源自中國實驗室的原子​​級「散熱之道」，而這場薄膜革命，才剛啟程。