三秦都市报-三秦网讯（记者 张彦刚）手机、电脑或者电动汽车里的电子器件在工作时会“发热”，如果热量不能及时散发，就会影响性能甚至损坏设备。近日，西安电子科技大学郝跃院士科研团队的张进成教授和宁静教授，就在这一领域取得了重大突破。他们成功将一种名为“氧化镓”的超宽禁带半导体材料，与高导热的“多晶金刚石”衬底结合在一起，极大提升了器件的散热能力与可靠性。近期这项研究成果发表在国际知名期刊《自然-通讯》上。
研究团队专家介绍，氧化镓是一种极具潜力的半导体材料，被誉为下一代高功率电子器件的“明星材料”，因为它能承受超高电压、成本低，非常适合用在电动汽车或5G基站里。但它也有个致命缺点就是“散热太差！”它的导热能力只有硅材料的五分之一，只要工作就“发烧”，导致器件容易坏、性能下降。这就像给跑车装了小散热器，引擎过热就跑不快了。
怎么给这种明星材料“降温”？研究团队想到了导热性能极好的金刚石——它可是“导热王者”，散热能力超强。但单晶金刚石尺寸小、价格昂贵，难以大规模使用。于是他们转向了更低成本的“多晶金刚石”，但核心问题又来了：在多晶上生长氧化镓薄膜时，材料会“乱长”（晶向紊乱），产生裂缝和应力，散热效果大打折扣。
在解决这一核心技术问题时，科研团队的技术专家们把这项重任交给了“石墨烯”，大胆引入“石墨烯”作为中间缓冲层，“石墨烯”就像一位出色的“翻译官”，缓解了两种材料之间的“沟通障碍”，屏蔽了多晶衬底的粗糙影响，使得氧化镓薄膜能够平整又高质量地生长在多晶金刚石上。他们通过一种叫“氧－晶格协同调控”的技术（简单说，就是精细控制氧气和原子排列），实现了高质量氧化镓薄膜的稳定外延。这样，材料不再“乱长”，应力也大幅降低。
这个设计不仅解决了生长问题，还带来了惊人的散热效果。“石墨烯”层就像一个“润滑剂”，释放了界面热应力，让热量高效传递。“石墨烯层就像润滑剂，释放了界面热应力，让热量高效传递。实验测得，氧化镓和金刚石之间的热阻只有2.82平方米·开尔文/吉瓦，界面热阻大幅降低，只有传统技术的十分之一左右。”研究团队专家介绍。
团队实验证明，基于这种结构制作的类似相机传感器的光电探测器表现非常出色：光暗电流比高达106，对比度和清晰度超高；响应度210安培/瓦，灵敏度翻倍。这意味着，器件不仅散热好，光电性能更优。
这项突破不只是实验室成果，它解决了氧化镓器件的“自热”痛点，让高导热金刚石和氧化镓高效“联姻”，为解决氧化镓器件发热问题提供了全新思路，为未来高性能、高可靠性电子器件的发展奠定了坚实基础。无论是新能源汽车、轨道交通，还是航天装备、智能电网，都有望从这项技术中受益。
据介绍，在相关成果发表后，多家企业主动寻求合作，团队正全力推进技术产业化。未来，团队将重点利用相关技术，与相关企业开展深入合作，助力企业提升技术，建设国家级平台。
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