長期以來，半導體面臨一個難題：我們知道下一代材料的性能會更好，卻往往不知道如何將它制造出來。西安電子科技大學領軍教授周弘比喻道：“就像我們都知道怎麼控制火候，但真正把握好卻不容易。”日前，記者從西安電子科技大學獲悉，該校郝躍院士張進成教授團隊在這一核心難題上實現了歷史性跨越——團隊將材料間的“島狀”連接轉化為原子級平整的“薄膜”，使芯片的散熱效率與綜合性能獲得了飛躍性提升。這一成果打破了近20年的技術停滯，更在國防與前沿科技領域展現出巨大潛力，相關成果近日發表在國際學術期刊《自然·通訊》與《科學·進展》上。

在半導體器件中，不同材料層之間的界面質量直接決定其整體性能，特別是在以氮化鎵為代表的第三代半導體和以氧化鎵為代表的第四代半導體中，一個關鍵挑戰在於如何將它們高效、可靠地集成在一起。

傳統方法使用氮化鋁作為中間的“黏合層”，但“黏合層”在生長時，會自發形成無數不規則且凹凸不平的“島嶼”。“這就像在凹凸不平的堤壩上修建水渠，‘島狀’結構表面崎嶇，就會導致熱量在界面傳遞時阻力極大，形成‘熱堵點’。”周弘解釋，熱量散不出去，就會在芯片內部累積，最終導致性能下降甚至器件燒毀。

該團隊的突破在於從根本上改變了氮化鋁層的生長模式。他們開發出“離子注入誘導成核”技術，將原來隨機、不均勻的生長過程，轉變為精准、可控的均勻生長。這項工藝使氮化鋁層從粗糙的“多晶島狀”結構，轉變為原子排列高度規整的“單晶薄膜”。

這一轉變帶來了質的飛躍，平整的單晶薄膜大大減少了界面缺陷，熱量可快速通過緩沖/成核層導出。實驗數據顯示，新結構的界面熱阻僅為傳統“島狀”結構的三分之一。

這項材料工藝革新解決了從第三代到第四代半導體都面臨的共性散熱難題，為后續的性能爆發奠定了關鍵基礎。

周弘表示，這項研究成果的核心價值在於，它成功將氮化鋁從一種特定的“黏合劑”，轉變為一個可適配、可擴展的“通用集成平台”，為解決各類半導體材料高質量集成的世界性難題，提供了可復制的中國范式。（記者張哲浩、李潔）

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