中国在半导体材料及核心装备领域取得突破

近日，国产半导体设备及材料领域传来好消息。西安电子科技大学研究团队成功攻克半导体材料世界难题，使芯片散热效率和器件性能获得突破性提升。与此同时，由中核集团中国原子能科学研究院自主研制的我国首台串列型高能氢离子注入机（POWER-750H）成功出束。

攻克半导体材料世界难题

在芯片制造中，不同材料层间的“岛状”连接结构长期阻碍热量传递，成为器件性能提升的关键瓶颈。

据科技日报消息，近日，西安电子科技大学郝跃院士、张进成教授团队通过创新技术，成功将粗糙的“岛状”界面转变为原子级平整的“薄膜”，使芯片散热效率和器件性能获得突破性提升。这项为半导体材料高质量集成提供“中国范式”的突破性成果，已发表在《自然·通讯》与《科学进展》上。

△郝跃院士（左四）指导师生实验。图片来源：西安电子科技大学

“传统半导体芯片的晶体成核层表面凹凸不平，严重影响散热效果。”西安电子科技大学副校长、教授张进成介绍，“热量散不出去会形成‘热堵点’，严重时导致芯片性能下降甚至器件损坏。”这个问题自2014年相关成核技术获得诺贝尔奖以来，一直未能彻底解决，成为射频芯片功率提升的最大瓶颈。

团队首创“离子注入诱导成核”技术，将原本随机的生长过程转为精准可控的均匀生长。实验显示，新结构界面热阻仅为传统的三分之一。

基于该技术制备的氮化镓微波功率器件，在X波段和Ka波段输出功率密度分别达42瓦/毫米和20瓦/毫米，将国际纪录提升30%—40%。这意味着同样芯片面积下，装备探测距离可显著增加，通信基站也能覆盖更远、更节能。

芯片制造核心装备，取得重要突破

中核集团消息，近日，由中核集团中国原子能科学研究院自主研制的我国首台串列型高能氢离子注入机（POWER-750H）成功出束，核心指标达到国际先进水平。这标志着我国已全面掌握串列型高能氢离子注入机的全链路研发技术，攻克了功率半导体制造链关键环节，为推动高端制造装备自主可控、保障产业链安全奠定坚实基础。

离子注入机与光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备并称为芯片制造“四大核心装备”，是半导体制造不可或缺的“刚需”设备。此次高能氢离子注入机的成功研制，是核技术与半导体产业深度融合的重要成果，将有力提升我国在功率半导体等关键领域的自主保障能力，更为助力“双碳”目标实现、加快形成新质生产力提供强有力技术支撑。

长期以来，我国高能氢离子注入机完全依赖国外进口，其研发难度大、技术壁垒高，是制约我国战略性产业升级的瓶颈之一。原子能院依托在核物理加速器领域数十年的深厚积累，以串列加速器技术作为核心手段，破解一系列难题，完全掌握了串列型高能氢离子注入机从底层原理到整机集成的正向设计能力，打破了国外企业在该领域的技术封锁和长期垄断。