#一文看懂我国高科技最新突破##西电团队攻克芯片散热世界难题#：
氮化镓射频芯片性能提升30%到40%

空战中，谁能先发现对手，谁就掌握了制胜先机。而决定空战发现距离的有源相控阵雷达，背后藏着一个困扰全球科学家20年的难题：芯片一发力就“发烧”，形成“热度点”，造成功率下降。

最近，西安电子科技大学郝跃院士、张进成教授团队终于攻克了这个世界难题，让氮化镓射频芯片性能提升30%到40%。

1、困局

我们手机里的芯片靠硅材料工作，但在雷达、卫星这些“高精尖装备”中，主角是第三代半导体——氮化镓。这种材料堪称“性能猛兽”：电子移动速度是硅的1000倍，能承受的电压是传统材料的2倍以上，功率密度更是上一代砷化镓芯片的5到10倍。用它做雷达芯片，就像给眼睛换上了望远镜，探测距离能大幅增加。

但氮化镓工作时会疯狂产热，而且热量很难散出去。问题出在芯片的“地基”上——为了让氮化镓稳定生长，需要一层氮化铝作为“粘合层”。可传统工艺里，这层“地基”会长成凹凸不平的“岛状结构”，就像一片乱石滩。热量在这些“石头”之间难以传递，形成一个个“热堵点”，就像堵车时的高速公路，最终导致芯片内部温度飙升。

“这就像在崎岖的堤坝上修水渠，水流根本跑不快。”周弘教授打了个形象的比喻。当雷达芯片温度过高，为了不被烧毁，只能自动降低功率，原本能探测200公里的雷达，可能被迫“近视”到160公里。

这个问题自从2014年氮化镓结晶化技术获诺贝尔奖以来，一直是制约氮化镓芯片性能的最大瓶颈。

2、破壁

西电团队的突破口，就是把这片“乱石滩”变成“平整高速公路”。他们发明了“离子注入诱导成核”技术，简单说就是用高能离子像“精准播种”一样，引导氮化铝层生长。原本随机生长的“多晶岛状”结构，变成了原子排列整整齐齐的“单晶薄膜”，界面平整度达到原子级别。周弘教授生动地解释：“就像把随机播种变为按规划均匀播种，最终长出了整齐划一的庄稼。”

别小看这层薄膜的变化，它直接让芯片的界面热阻降到了原来的三分之一。热阻就像热量传递的“阻力”，阻力减小后，芯片产生的热量能快速导出，再也不会“积热发烧”。

实验数据显示，升级后的氮化镓微波功率器件，在雷达常用的X波段和通信常用的Ka波段，输出功率密度分别达到42 W/mm和20 W/mm，之前的记录分别是32.3 W/mm和1520 W/mm，是近20年来该领域最大的一次突破。

这个看似简单的“界面重构”，实则是材料科学的重大革命。就像修路时把泥泞小路改成柏油大道，不仅解决了当下的通行问题，还为未来更高速度的“车流”（更高性能的芯片）预留了空间。更难得的是，这项技术不仅适用于第三代氮化镓半导体，还能推广到第四代氧化镓半导体，为整个半导体行业打通了散热的“任督二脉”。

3、雷达

这项技术突破最直接的受益者，就是有源相控阵雷达。有源相控阵雷达的核心是无数个T/R组件，每个组件都相当于一个微型雷达，能独立发射和接收电磁波。这些组件的性能，直接决定了雷达的探测距离、跟踪目标数量和抗干扰能力。

目前，我军正在全面换装新一代氮化镓有源相控阵雷达。据报道，海军052D型驱逐舰在换装基于氮化镓技术的新一代有源相控阵雷达后，其探测距离相比原型号提升了约50%。

我军装备的氮化镓有源相控阵雷达，已经比美军的雷达领先了一代。如今有了西电团队的散热技术，氮化镓芯片能在更高功率下稳定工作，功率大幅提升，探测距离将进一步提高。而且，更强的功率能让雷达波穿透隐身涂层，让隐形目标无所遁形。

除了军事领域，这项突破还能惠及我们的日常生活。在5G通信中，氮化镓芯片是基站的核心部件，散热效率提升后，基站的信号覆盖范围能扩大，能耗却能降低，未来偏远地区的网络信号会更稳定。在新能源汽车上，高效的氮化镓芯片能让充电桩充电更快、更安全。在卫星通信、人工智能服务器等领域，这项散热技术都能让设备性能“更上一层楼”。

4、未来

这项成果能发表在《自然·通讯》《科学·进展》等国际顶级期刊，背后是西电团队20年的持续攻关。

西电团队并未止步于现有突破，正在进一步研制金刚石这样导热性能更强的终极材料。

周弘教授透露：“如果能将中间层替换为金刚石，器件的功率处理能力有望再提升一个数量级，达到现在的10倍甚至更多。” 当然，这可能需要另一个“以十年计”的科研征程。

实际上，团队已经在探索金刚石散热技术。他们巧妙引入石墨烯作为“翻译官”，让氧化镓与“导热王者”金刚石成功“牵手”，以进一步解决芯片散热的难题。