據(jù)西安電子科技大學(xué)官方消息，近日，郝躍院士張進(jìn)成教授團(tuán)隊(duì)的最新研究在這一核心難題上實(shí)現(xiàn)了歷史性跨越——他們通過將材料間的“島狀”連接轉(zhuǎn)化為原子級平整的“薄膜”，使芯片的散熱效率與綜合性能獲得了飛躍性提升。
這個問題自2014年相關(guān)成核技術(shù)獲得諾貝爾獎以來，一直未能徹底解決，成為制約射頻芯片功率提升的最大瓶頸。
圖片來源：西安電子科技大學(xué)
工藝的突破直接轉(zhuǎn)化為器件性能的驚人提升。基于這項(xiàng)創(chuàng)新的氮化鋁薄膜技術(shù)，研究團(tuán)隊(duì)制備出的#氮化鎵微波功率器件，在X波段和Ka波段分別實(shí)現(xiàn)了42W/mm和20W/mm的輸出功率密度。這一數(shù)據(jù)將國際同類器件的性能紀(jì)錄提升了30%到40%，是近二十年來該領(lǐng)域最大的一次突破。
這意味著，在芯片面積不變的情況下，裝備探測距離可以顯著增加；對于通信基站而言，則能實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)的信號覆蓋和更低的能耗。更深遠(yuǎn)的影響在于，它為推動5G/6G通信、衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)等未來產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，儲備了關(guān)鍵的核心器件能力。
西電以郝躍院士團(tuán)隊(duì)為核心，深耕超寬禁帶半導(dǎo)體材料與器件近20年，在氧化鎵多晶型穩(wěn)定生長、異質(zhì)集成、射頻器件與功率器件開發(fā)上持續(xù)突破，是國內(nèi)氧化鎵研究的標(biāo)桿單位。
在2025年11月，郝躍團(tuán)隊(duì)的教授張進(jìn)成、寧靜在氧化鎵散熱難題上取得突破——用金剛石（鉆石）為散熱體，并通過石墨烯緩沖層實(shí)現(xiàn)高效熱傳導(dǎo)。
圖片來源：西安電子科技大學(xué)——圖為郝躍（中）團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室
氧化鎵作為第四代超寬禁帶半導(dǎo)體，熱導(dǎo)率僅為硅的約1/5，高溫大功率工況下易因自熱導(dǎo)致性能衰減與失效，而金剛石熱導(dǎo)率達(dá)約2000W?m?1?K?1，是理想散熱介質(zhì)，但兩者直接貼合存在晶格失配、熱膨脹系數(shù)差異大的界面缺陷問題。
團(tuán)隊(duì)以單層/多層石墨烯為緩沖層，結(jié)合“氧-晶格協(xié)同調(diào)控”技術(shù)，屏蔽多晶金剛石襯底粗糙影響，實(shí)現(xiàn)氧化鎵薄膜高質(zhì)量范德華外延生長，大幅降低界面應(yīng)力與熱阻。
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，界面熱阻降至2.82m2?K/GW，僅為傳統(tǒng)技術(shù)的1/10，器件工作溫度下降30°C以上，散熱效率顯著提升，基于該結(jié)構(gòu)的光電探測器光暗電流比達(dá)10?、響應(yīng)度210A/W，靈敏度翻倍，適用于5G/6G基站、新能源汽車功率模塊、衛(wèi)星通信等高壓大功率場景。
（集邦化合物半導(dǎo)體整理）
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