科技日報北京6月9日電 （記者張佳欣）美國麻省理工學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)給氮化鎵芯片嵌入一層超薄單晶金剛石，突破了高功率無線芯片散熱瓶頸，并制備出性能創(chuàng)紀(jì)錄的無線功率放大器，為6G通信、衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)等高功率電子設(shè)備提供了新的芯片級熱管理方案。相關(guān)成果在2026年IEEE國際微波研討會上發(fā)布。

硅是目前絕大多數(shù)芯片的基礎(chǔ)材料，但其功率承載能力存在天然限制，難以滿足未來高速無線通信對性能和能效的要求。相比之下，氮化鎵具有更高的功率密度和工作頻率，被視為6G通信、高功率雷達(dá)和衛(wèi)星通信的重要候選材料。然而，氮化鎵器件在運(yùn)行過程中大量能量會轉(zhuǎn)化為熱量，而局部熱點(diǎn)會降低器件可靠性并限制性能發(fā)揮。

為解決這一問題，研究團(tuán)隊(duì)采用實(shí)驗(yàn)室培育的單晶金剛石作為散熱層。金剛石具有已知材料中最高的導(dǎo)熱率，可迅速擴(kuò)散熱量，可使氮化鎵與硅基電路保持相近溫度，從而提高整個三維芯片系統(tǒng)的可靠性。

此前，通常在氮化鎵晶體管表面直接生長超薄金剛石層，但這種方法難以大規(guī)模制造，而且會產(chǎn)生寄生電容，降低器件運(yùn)行速度。此次，團(tuán)隊(duì)利用飛秒激光從氮化鎵晶圓中切割出微型芯粒，并將其嵌入預(yù)先加工好的單晶金剛石基底微腔中，再通過僅20微米厚的導(dǎo)熱薄膜實(shí)現(xiàn)高效熱傳導(dǎo)。

在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)制備出無線系統(tǒng)關(guān)鍵器件，即功率放大器。測試結(jié)果顯示，其輸出功率、效率和增益均超過已知同類器件。團(tuán)隊(duì)表示，該放大器能夠支持信號遠(yuǎn)距離傳播，可應(yīng)用于高功率雷達(dá)、空間通信以及工業(yè)無人機(jī)等領(lǐng)域。