三秦都市報(bào)-三秦網(wǎng)訊（記者 張彥剛）手機(jī)、電腦或者電動(dòng)汽車?yán)锏碾娮悠骷诠ぷ鲿r(shí)會(huì)“發(fā)熱”，如果熱量不能及時(shí)散發(fā)，就會(huì)影響性能甚至損壞設(shè)備。近日，西安電子科技大學(xué)郝躍院士科研團(tuán)隊(duì)的張進(jìn)成教授和寧?kù)o教授，就在這一領(lǐng)域取得了重大突破。他們成功將一種名為“氧化鎵”的超寬禁帶半導(dǎo)體材料，與高導(dǎo)熱的“多晶金剛石”襯底結(jié)合在一起，極大提升了器件的散熱能力與可靠性。近期這項(xiàng)研究成果發(fā)表在國(guó)際知名期刊《自然-通訊》上。

研究團(tuán)隊(duì)專家介紹，氧化鎵是一種極具潛力的半導(dǎo)體材料，被譽(yù)為下一代高功率電子器件的“明星材料”，因?yàn)樗艹惺艹唠妷骸⒊杀镜停浅＿m合用在電動(dòng)汽車或5G基站里。但它也有個(gè)致命缺點(diǎn)就是“散熱太差！”它的導(dǎo)熱能力只有硅材料的五分之一，只要工作就“發(fā)燒”，導(dǎo)致器件容易壞、性能下降。這就像給跑車裝了小散熱器，引擎過(guò)熱就跑不快了。

怎么給這種明星材料“降溫”？研究團(tuán)隊(duì)想到了導(dǎo)熱性能極好的金剛石——它可是“導(dǎo)熱王者”，散熱能力超強(qiáng)。但單晶金剛石尺寸小、價(jià)格昂貴，難以大規(guī)模使用。于是他們轉(zhuǎn)向了更低成本的“多晶金剛石”，但核心問(wèn)題又來(lái)了：在多晶上生長(zhǎng)氧化鎵薄膜時(shí)，材料會(huì)“亂長(zhǎng)”（晶向紊亂），產(chǎn)生裂縫和應(yīng)力，散熱效果大打折扣。

在解決這一核心技術(shù)問(wèn)題時(shí)，科研團(tuán)隊(duì)的技術(shù)專家們把這項(xiàng)重任交給了“石墨烯”，大膽引入“石墨烯”作為中間緩沖層，“石墨烯”就像一位出色的“翻譯官”，緩解了兩種材料之間的“溝通障礙”，屏蔽了多晶襯底的粗糙影響，使得氧化鎵薄膜能夠平整又高質(zhì)量地生長(zhǎng)在多晶金剛石上。他們通過(guò)一種叫“氧－晶格協(xié)同調(diào)控”的技術(shù)（簡(jiǎn)單說(shuō)，就是精細(xì)控制氧氣和原子排列），實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量氧化鎵薄膜的穩(wěn)定外延。這樣，材料不再“亂長(zhǎng)”，應(yīng)力也大幅降低。

這個(gè)設(shè)計(jì)不僅解決了生長(zhǎng)問(wèn)題，還帶來(lái)了驚人的散熱效果。“石墨烯”層就像一個(gè)“潤(rùn)滑劑”，釋放了界面熱應(yīng)力，讓熱量高效傳遞?！笆泳拖駶?rùn)滑劑，釋放了界面熱應(yīng)力，讓熱量高效傳遞。實(shí)驗(yàn)測(cè)得，氧化鎵和金剛石之間的熱阻只有2.82平方米·開(kāi)爾文/吉瓦，界面熱阻大幅降低，只有傳統(tǒng)技術(shù)的十分之一左右?！毖芯繄F(tuán)隊(duì)專家介紹。

團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)證明，基于這種結(jié)構(gòu)制作的類似相機(jī)傳感器的光電探測(cè)器表現(xiàn)非常出色：光暗電流比高達(dá)106，對(duì)比度和清晰度超高；響應(yīng)度210安培/瓦，靈敏度翻倍。這意味著，器件不僅散熱好，光電性能更優(yōu)。

這項(xiàng)突破不只是實(shí)驗(yàn)室成果，它解決了氧化鎵器件的“自熱”痛點(diǎn)，讓高導(dǎo)熱金剛石和氧化鎵高效“聯(lián)姻”，為解決氧化鎵器件發(fā)熱問(wèn)題提供了全新思路，為未來(lái)高性能、高可靠性電子器件的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。無(wú)論是新能源汽車、軌道交通，還是航天裝備、智能電網(wǎng)，都有望從這項(xiàng)技術(shù)中受益。

據(jù)介紹，在相關(guān)成果發(fā)表后，多家企業(yè)主動(dòng)尋求合作，團(tuán)隊(duì)正全力推進(jìn)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。未來(lái)，團(tuán)隊(duì)將重點(diǎn)利用相關(guān)技術(shù)，與相關(guān)企業(yè)開(kāi)展深入合作，助力企業(yè)提升技術(shù)，建設(shè)國(guó)家級(jí)平臺(tái)。