二十年困局被破解！西电团队攻克芯片散热难题

Release time：2026-01-20
author：AMEYA360
source：网络
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　　近日，西安电子科技大学郝跃院士团队在半导体材料领域取得关键突破，成功解决了困扰业界二十年的芯片散热与性能瓶颈问题。相关成果已发表于国际顶级期刊《自然·通讯》与《科学·进展》。

　　该研究的核心在于改善半导体材料层间的界面质量，特别是第三代半导体氮化镓与第四代半导体氧化镓之间的高效集成。

　　传统方法采用氮化铝作为中间层，但其在生长过程中会自发形成粗糙、不规则的“岛屿”结构，这一自2014年诺贝尔奖相关成果以来始终未能根本解决的难题，严重制约了射频芯片功率的提升。

　　研究团队通过创新性地在高能离子注入技术，使晶体成核层表面变得平整光滑，从而将界面的热阻降低至原先的三分之一，有效解决了高功率半导体芯片的共性散热问题。

二十年困局被破解！西电团队攻克芯片散热难题

　　基于此项突破，团队研制出的氮化镓微波功率器件，其单位面积功率较当前市面上最先进的同类器件提升了30%至40%。

　　据团队成员周弘教授介绍，这项技术意味着未来探测设备的探测距离将显著增加，通信基站则可实现更广的信号覆盖与更低的能耗。

　　对于普通用户，该技术也有望逐步带来体验升级。周弘指出：“未来若在手机中应用此类芯片，在偏远地区的信号接收能力会更强，续航时间也可能延长。”团队目前正进一步研究将金刚石等超高热导材料应用于半导体，如能攻克相关技术，半导体器件的功率处理能力有望再提升一个数量级，达到当前水平的十倍甚至更高。

　　这项突破不仅打破了长期存在的技术瓶颈，也为未来半导体器件向更高功率、更高效率发展奠定了关键基础。


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我国芯片制造核心装备取得重要突破
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我国芯片制造核心装备取得重要突破

　　近日，由中核集团中国原子能科学研究院自主研制的我国首台串列型高能氢离子注入机(POWER-750H)成功出束，核心指标达到国际先进水平。这标志着我国已全面掌握串列型高能氢离子注入机的全链路研发技术，攻克了功率半导体制造链关键环节，为推动高端制造装备自主可控、保障产业链安全奠定坚实基础。　　离子注入机与光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备并称为芯片制造“四大核心装备”，是半导体制造不可或缺的“刚需”设备。此次高能氢离子注入机的成功研制，是核技术与半导体产业深度融合的重要成果，将有力提升我国在功率半导体等关键领域的自主保障能力，更为助力“双碳”目标实现、加快形成新质生产力提供强有力技术支撑。　　长期以来，我国高能氢离子注入机完全依赖国外进口，其研发难度大、技术壁垒高，是制约我国战略性产业升级的瓶颈之一。中国原子能科学研究院依托在核物理加速器领域数十年的深厚积累，以串列加速器技术作为核心手段，破解一系列难题，完全掌握了串列型高能氢离子注入机从底层原理到整机集成的正向设计能力，打破了国外企业在该领域的技术封锁和长期垄断，将有力提升我国在功率半导体等关键领域的自主保障能力，更为助力“双碳”目标实现、加快发展新质生产力提供强有力技术支撑。
2026-01-20 13:12 reading：192
全球首款1.8nm芯片来了！
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全球首款1.8nm芯片来了！

　　在国际消费电子展CES 2026开展前一天，英特尔正式推出了基于Intel 18A制程的第三代酷睿Ultra处理器。这款代号Panther Lake的芯片不仅是英特尔自主研发的里程碑，更是全球首款实现量产的1.8纳米级处理器。　　这是首款基于Intel 18A制程(1.8nm级)的计算平台，将AI PC引入埃米时代，端侧AI算力多达180TOPS。第三代英特尔酷睿Ultra的移动端产品线推出全新英特尔酷睿Ultra X9和X7处理器，均集成了英特尔锐炫显卡，专为满足复杂的多任务处理而设计，能从容应对游戏、内容创作和生产力等复杂工作负载。　　其旗舰型号最高配备16个CPU核心、12个Xe核心和50TOPSNPU算力，带来高达60%的多线程性能提升，高达77%的游戏性能提升，并可实现高达27小时的持久续航，已涵盖超过200款PC产品设计。　　首批搭载第三代英特尔酷睿Ultra处理器的消费级笔记本电脑将于1月6日开启预售，并于1月27日起在全球范围内面市。更多产品设计将于今年上半年陆续推出。英特尔高级副总裁Jim Johnson直言：“2026年将是整个行业和公司的战略转折点。”
2026-01-07 15:26 reading：289
习近平主席：我国芯片自主研发有了新突破！
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习近平主席：我国芯片自主研发有了新突破！

　　2025年12月31日晚7时，国家主席习近平通过中央广播电视总台和互联网，发表二〇二六年新年贺词。　　贺词全文：　　大家好!岁序更替，华章日新。在新年到来之际，我在北京向大家致以美好的祝福!　　2025年是“十四五”收官之年。5年来，我们踔厉奋发、勇毅前行，克服重重困难挑战，圆满完成目标任务，在中国式现代化新征程上迈出了稳健步伐。我国经济总量连续跨越新关口，今年预计达到140万亿元，经济实力、科技实力、国防实力、综合国力跃上新台阶，绿水青山成为亮丽底色，人民群众获得感幸福感安全感不断增强。5年历程极不寻常，成绩来之不易。大家拼搏进取、耕耘奉献，铸就了欣欣向荣的中国。我向每一位辛勤付出的奋斗者致敬!　　这一年，令人难忘的是，我们隆重纪念中国人民抗日战争暨世界反法西斯战争胜利80周年，设立台湾光复纪念日。国之盛典威武雄壮，胜利荣光永载史册，激励中华儿女铭记历史、缅怀先烈、珍爱和平、开创未来，凝聚起中华民族伟大复兴的磅礴伟力。　　我们依靠创新为高质量发展赋能。科技与产业深度融合，创新成果竞相涌现，人工智能大模型你追我赶，芯片自主研发有了新突破，我国成为创新力上升最快的经济体之一。天问二号开启“追星”之旅，雅下水电工程开工建设，首艘电磁弹射型航母正式入列。人形机器人亮出“功夫模式”，无人机演绎绚丽“烟花”。创新创造催生了新质生产力，也让生活更加多姿多彩。　　我们以文化滋养精神家园。文博热、非遗热不断升温，世界遗产再添新员，悟空和哪吒风靡全球，古韵国风成为年轻人眼中的“顶流审美”。文旅市场人气火爆，“城超”“村超”热闹非凡，冰雪运动点燃冬日激情。传统与现代交融，中华文化绽放更加灿烂的光芒。　　我们共创共享美好生活。我到西藏、新疆出席庆祝活动，从雪域高原到天山南北，各族群众心手相连，像石榴籽一样紧紧抱在一起，大家用洁白的哈达、热情的歌舞，表达对祖国的热爱、对幸福的礼赞。民生无小事，枝叶总关情。过去一年，新就业群体权益有了进一步保障，适老化改造给老年人带来方便，育儿家庭每月多了300元补贴。柴米油盐、三餐四季，每个“小家”热气腾腾，中国这个“大家”就蒸蒸日上。　　我们继续敞开胸怀拥抱世界。上合组织天津峰会、全球妇女峰会成功举办，海南自贸港全岛封关运作。为更好应对气候变化，我国宣布新一轮国家自主贡献。继“三大倡议”之后，我提出全球治理倡议，推动建设更加公正合理的全球治理体系。当今世界变乱交织，一些地区仍被战火笼罩。中国始终站在历史正确一边，愿同各国携手促进世界和平发展，推动构建人类命运共同体。　　前不久，我出席了全运会开幕式，粤港澳三地同心同行，令人欣慰。要坚定不移贯彻“一国两制”方针，支持港澳更好融入国家发展大局，保持长期繁荣稳定。两岸同胞血浓于水，祖国统一的历史大势不可阻挡!　　党兴方能国强。我们开展深入贯彻中央八项规定精神学习教育，徙木立信从严管党治党，去腐生肌推进自我革命，党风政风持续向好。要砥砺初心使命，持之以恒、久久为功，继续回答好延安“窑洞之问”，书写无愧于人民的时代答卷。　　2026年是“十五五”开局之年。锐始者必图其终，成功者先计于始。我们要锚定目标任务，坚定信心、乘势而上，扎实推动高质量发展，进一步全面深化改革开放，推进全体人民共同富裕，续写中国奇迹新篇章。　　山海寻梦，不觉其远;前路迢迢，阔步而行。让我们拿出跃马扬鞭的勇气，激发万马奔腾的活力，保持马不停蹄的干劲，一起为梦想奋斗、为幸福打拼，把宏伟愿景变成美好现实。　　新年的旭日即将升起。祝祖国山河壮丽、大地丰饶，神州沐朝晖!祝大家心有所悦、业有所成，万事皆可期!
2026-01-04 16:10 reading：322
芯片Layout中的Guard Ring是什么？
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芯片Layout中的Guard Ring是什么？

　　在芯片设计中，Guard Ring(保护环) 是一种环绕在敏感电路或器件(如模拟电路、高精度器件、存储器单元、I/O驱动器等)周围的版图结构，形成关键的“隔离带”。它的核心使命是提高电路的可靠性、性能和抗干扰能力，是复杂芯片(尤其是混合信号芯片、高可靠性芯片)成功量产的关键因素之一。　　Guard Ring的物理构成　　Guard Ring并非单一结构，而是由多个精心设计的物理组件协同构成：　　1衬底接触环　　采用高掺杂的P+区域(P型衬底)或N+区域(N型衬底/深N阱)。其核心作用是提供到半导体衬底的低阻连接。它能有效收集衬底中不需要的少数载流子，防止其干扰被保护电路，稳定衬底电位，减少衬底噪声耦合，并为潜在寄生电流提供泄放路径。　　2阱接触环标题　　采用高掺杂的N+区域(N阱)或P+区域(P阱)。它提供到阱的低阻连接点，稳定阱电位并收集阱中产生的少数载流子。在双阱工艺中，N阱接触环本身就能阻挡衬底中的少数载流子(空穴)进入N阱。　　3隔离结构　　通常指浅沟槽隔离或深沟槽隔离。它在物理上分隔保护环内外的区域，阻止表面漏电流路径，增加载流子从外部扩散进入保护区域的难度，是防止闩锁效应的关键物理屏障。　　4连接线　　通过通孔和金属层将衬底接触环和阱接触环连接到指定电位(VSS或VDD)。确保这些连接具有极低的电阻至关重要。　　Guard Ring的核心作用　　Guard Ring通过其物理结构实现多重关键保护功能：　　1防止闩锁效应　　这是Guard Ring最核心的作用。闩锁效应由芯片内部寄生的PNPN结构意外触发引发，可导致大电流、功能失效甚至芯片烧毁。Guard Ring通过提供低阻的阱和衬底接触，有效收集触发闩锁的寄生载流子，在其达到触发浓度前将其泄放。同时，隔离结构增加了载流子横向流动的阻力。它对包含NMOS和PMOS相邻放置的电路(如CMOS反相器、I/O驱动器)的保护尤为关键。　　2抑制衬底噪声耦合　　芯片上不同模块(尤其是数字模块与敏感的模拟/射频模块)工作时产生的噪声会通过公共硅衬底传播。连接到干净VSS的衬底接触环作为一个低阻抗的“汇”，能吸收和分流试图进入保护区域的衬底噪声电流，为被保护电路提供局部的“安静地”，显著降低噪声干扰。　　3阻挡少数载流子注入　　芯片某些区域(如开关状态的NMOS源/漏、反向偏置的PN结)可能向衬底注入少数载流子(电子或空穴)。这些载流子扩散到敏感区域(高阻节点、存储节点、精密基准源)会引发漏电流、电压偏移或数据错误。Guard Ring(尤其是反向偏置的阱接触环，如N阱环接VDD阻挡空穴)能收集这些扩散载流子，阻止其到达敏感区域。　　4提高器件隔离度与可靠性　　在需要高隔离度的应用(如RF电路、混合信号电路)中，Guard Ring有助于减少相邻器件间通过衬底的串扰。通过综合防止闩锁、减少噪声干扰和漏电流，Guard Ring显著提升了被保护电路的长期工作可靠性和稳定性。　　设计与实现考量　　Guard Ring的设计需结合具体工艺和电路需求：　　必要性：为MOS器件提供衬底/阱电位(Bulk端)的Guard Ring是必不可少的。用于隔离噪声或防止Latch-up的Guard Ring则需评估实际需求(是否存在噪声源或对噪声敏感)。　　结构选择：根据保护对象(PMOS/NMOS/DNW器件)选择对应的NWring、PSUBring或DNWring结构。其版图实现需严格遵循特定工艺的设计规则(Design Rule)，例如有源区(AA/OD)与注入层(SP/PP/SN/NP)的包围关系、接触孔(CT/CONT)的尺寸和间距、金属层(M1)的连接等。　　增强防护：有时会采用双层Guard Ring结构，以进一步降低阱/衬底的寄生电阻压降，增强隔离效果，更有效地降低Latch-up风险。　　面积权衡：添加Guard Ring必然增加芯片面积。设计时必须在防护效果和成本(面积)之间进行仔细权衡。　　Guard Ring是芯片版图设计中基础而关键的防护结构。其本质是通过在敏感电路周围精确构建阱接触环、衬底接触环和隔离结构，并将它们连接到合适的电源/地网络，共同形成一个高效的载流子收集阱和噪声隔离带。它从根本上防止了致命的闩锁效应，有效抑制了衬底噪声耦合，并阻挡了有害的少数载流子注入，从而极大提升了芯片的鲁棒性、性能和可靠性。
2025-10-30 14:49 reading：595
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