近日，西安电子科技大学郝跃院士团队打破了20年的半导体材料技术瓶颈，让芯片散热效率与综合性能得到了飞跃性提升，为解决各类半导体材料高质量集成提供了可复制的中国范式。相关成果日前发表在国际顶级期刊《自然·通讯》和《科学·进展》上。

“目前市面上最常见的射频半导体芯片是第三代氮化镓半导体芯片，而该类芯片散热主要由芯片晶体的成核层决定。在我们科研突破之前，这类芯片晶体的成核层都是凹凸不平的，这样崎岖的表面不利于芯片散热，甚至造成散热时的热量‘堵塞’。”西安电子科技大学副校长、教授张进成解释，“热量散不出去，就会囤积在芯片内部，最终导致性能下降甚至器件烧毁。”

此次团队创新性地在第三代半导体芯片晶体上注入高能离子，让晶体成核层崎岖的表面变得平整光滑。这一突破将半导体的热阻降低至原来的三分之一，解决了第三代乃至未来半导体芯片面临的共性散热难题。

同时，该项突破让半导体器件性能大幅提升。基于这项创新技术，研究团队制备出的氮化镓微波功率器件，单位面积功率较目前市面上最先进的同类型器件性能提升了30%到40%。“这意味着将其使用在探测装备上，探测距离可以显著增加；将其使用在通信基站时，则能实现更远的信号覆盖和更低的能耗。”团队成员、西安电子科技大学微电子学院教授周弘说。

对于普通民众，这项技术的红利也将逐步显现。“未来给手机用上这类芯片后，在偏远地区的信号接收能力会更强，续航时间也可能更长。”周弘告诉记者，“我们也正在研究将金刚石这类散热性能更强的材料用于半导体上。假如成功攻关，半导体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。”

编辑 | 炜琳 初审 | 陈浩 终审 | 徐工