长期以来，半导体面临一个根本矛盾：下一代材料性能更好，但制造方法却难以掌握。西安电子科技大学领军教授周弘用控制火候的比喻形象地描述了这一挑战。
西安电子科技大学郝跃院士张进成教授团队在这一难题上实现了重大突破。他们通过将材料间的“岛状”连接转化为原子级平整的“薄膜”，使芯片散热效率与综合性能大幅提升。这项成果打破了近二十年的技术停滞，在前沿科技领域展现出巨大潜力，并已发表在国际顶级期刊《自然·通讯》与《科学·进展》上。
在半导体器件中，不同材料层间的界面质量直接决定了整体性能。特别是在以氮化镓为代表的第三代半导体和以氧化镓为代表的第四代半导体中，如何高效、可靠地集成这些材料成为关键挑战。传统方法使用氮化铝作为中间的“粘合层”，但生长过程中会形成无数不规则且凹凸不平的“岛屿”。这导致热量传递时阻力极大，形成“热堵点”，最终影响芯片性能甚至导致器件烧毁。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，成为制约射频芯片功率提升的最大瓶颈。
研究团队创新性地开发出“离子注入诱导成核”技术，将原来随机、不均匀的生长过程转变为精准、可控的均匀生长。这项工艺使氮化铝层从粗糙的“多晶岛状”结构转变为原子排列高度规整的“单晶薄膜”。这一转变带来了质的飞跃：平整的单晶薄膜大大减少了界面缺陷，热可快速通过缓冲/成核层导出。实验数据显示，新结构的界面热阻仅为传统“岛状”结构的三分之一。这项看似基础的材料工艺革新解决了从第三代到第四代半导体都面临的共性散热难题，为后续的性能爆发奠定了最关键的基础。
基于这项创新的氮化铝薄膜技术，研究团队制备出的氮化镓微波功率器件，在X波段和Ka波段分别实现了42 W/mm和20 W/mm的输出功率密度。这一数据将国际同类器件的性能纪录提升了30%到40%，是近二十年来该领域最大的一次突破。这意味着在芯片面积不变的情况下，装备探测距离可以显著增加；对于通信基站而言，则能实现更远的信号覆盖和更低的能耗。
