來源：《半導(dǎo)體芯科技》雜志

縮小半導(dǎo)體尺寸的需求，加上器件熱點(diǎn)處產(chǎn)生的熱量無法有效分散的問題，對(duì)現(xiàn)代器件的可靠性和耐用性產(chǎn)生了負(fù)面影響。現(xiàn)有的熱管理技術(shù)還無法勝任這項(xiàng)任務(wù)。因此，發(fā)現(xiàn)一種新的散熱方法——利用在基板上的金屬薄膜中產(chǎn)生的表面波來散熱，是一個(gè)重要的突破。

韓國科學(xué)技術(shù)學(xué)院（KAIST）宣布，機(jī)械工程系Bong Jae Lee教授的研究小組在世界上首次成功測(cè)量了沉積在基板上的金屬薄膜中“表面等離子體激元”（surface plasmon polariton, SPP）引起的一種新型熱傳遞。

表面等離子體激元（SPP）是指電介質(zhì)與金屬界面處的電磁場(chǎng)與金屬表面的自由電子及類似集體振動(dòng)粒子之間強(qiáng)烈相互作用而在金屬表面形成的表面波。

研究小組利用表面等離子體激元（SPP）（金屬-電介質(zhì)界面產(chǎn)生的表面波）來改善納米級(jí)金屬薄膜的熱擴(kuò)散。由于這種新的傳熱模式是在基板上沉積有金屬薄膜時(shí)發(fā)生的，因此它在器件制造過程中非常有用，并且具有能夠大面積制造的優(yōu)點(diǎn)。研究小組表明，由于半徑約3厘米、厚度為100納米的鈦(Ti)薄膜上產(chǎn)生表面波，熱導(dǎo)率提高了約25%。

領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的Bong Jae Lee教授表示：“這項(xiàng)研究的意義在于，在加工難度較低的基板上沉積的金屬薄膜上，首次發(fā)現(xiàn)了利用表面波的新傳熱模式。它可以用作納米級(jí)散熱器，有效地散發(fā)容易過熱的半導(dǎo)體器件熱點(diǎn)附近的熱量?！?/p>

該研究結(jié)果對(duì)未來高性能半導(dǎo)體器件的發(fā)展具有重大意義，因?yàn)樗梢詰?yīng)用于納米級(jí)薄膜上的快速散熱。特別是，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的這種新的傳熱模式有望解決半導(dǎo)體器件熱管理的基本問題，因?yàn)樗梢栽诩{米級(jí)厚度下實(shí)現(xiàn)更有效的傳熱，雖然薄膜的導(dǎo)熱率通常會(huì)因邊界散射效應(yīng)而降低。

關(guān)于此項(xiàng)研究的論文已經(jīng)于2023年4月26日在《Physical Review Letters》在線發(fā)表。該研究得到韓國國家研究基金會(huì)基礎(chǔ)研究實(shí)驗(yàn)室支持計(jì)劃的支持。

審核編輯 黃宇