芯片散热效率和器件性能获得突破性提升,中国半导体又传好消息_PCIMASIA半导体电子展

不同材料层间的“岛状”连接结构在在芯片制造中长期阻碍热量传递，成为器件性能提升的关键瓶颈。
西安电子科技大学郝跃院士、张进成教授团队近日通过创新技术，成功将粗糙的“岛状”界面转变为原子级平整的“薄膜”，此举将大大提升芯片散热效率和器件性能。
目前这个突破性成果，为半导体材料高质量集成提供“中国范式”，也已经发表在了《自然·通讯》与《科学进展》上。
团队首创的“离子注入诱导成核”技术，可以将原本随机的生长过程转为精准可控的均匀生长。从实验中得知，新结构界面热阻仅为传统的三分之一。

芯片散热效率为什么重要？

晶体管密度爆炸：

3nm节点每平方毫米塞下约2亿只晶体管，局部功率密度轻松突破1 kW/cm²，相当于火箭喷口级别的热通量，若无高效散热，芯片瞬间触顶温度墙。

性能天花板效应：

温度每升高10℃，载流子迁移率下降约4%，时钟频率被迫降档；同一芯片在25℃可跑3.6 GHz，85℃时只能维持2.8 GHz，散热直接决定“跑分”还是“跑温”。

可靠性指数衰减：

Arrhenius模型显示，结温每升10℃，电迁移、TDDB等失效机制速率翻倍，预期寿命减半；数据中心若能把CPU平均温度从80℃压到60℃，故障率可降到原来的四分之一，节省巨额停机与换件成本。

功耗-散热恶性循环：

温度升高导致漏电流增加，功耗随之上升，进一步升温，形成正反馈；3nm FinFET在100℃时的静态功耗可占总功耗30%以上，高效散热可把“热失控”扼杀在萌芽。

封装与系统级连锁：

散热瓶颈迫使手机降频卡顿、笔记本风扇狂转、数据中心空调拉满，用户体验、噪声、电费、碳排全部失控；反过来，散热方案（均热板、微通道、液冷）占据整机厚度、重量与30% BOM成本，成为产品定义的第一约束。

先进制程继续缩微：

2nm、1.4nm、CFET、3D IC层层堆叠，热流路径更短、热点更集中，传统“散热片+风扇”已触及物理极限，必须引入背面微通道、嵌入式微泵、热电主动制冷等前沿技术，散热效率已成为摩尔定律能否续命的核心前提。

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来源：广州光亚法兰克福展览有限公司

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