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改善半導體的導熱性的新方法：使用表面等離子體激元進行傳熱

2023-07-03 22:53:54 來源：cnBeta

(相關資料圖)

工程師們發現了一種使用表面等離子體激元 (SPP) 的新傳熱模式，在半導體熱管理方面取得了重大突破。這種新穎的方法將散熱提高了 25%，對于解決小型半導體器件的過熱問題至關重要。

縮小半導體尺寸的需求，加上器件熱點產生的熱量未能有效分散的問題，對現代器件的可靠性和耐用性產生了負面影響。現有的熱管理技術還無法勝任這項任務。因此，發現一種利用基板上金屬薄膜產生的表面波來散熱的新方法是一個重要的突破。

韓國科學技術院（院長 Kwang Hyung Lee）宣布，機械工程系 Bong Jae Lee 教授的研究小組成功測量了新觀察到的由“表面等離子體激元”（SPP）在沉積在基板上的金屬薄膜中引起的熱傳遞，用于世界上還是第一次。

鈦（TI）薄膜熱導率測量原理及鈦薄膜上表面等離子體激元熱導率測量原理示意圖。圖片來源：韓國科學技術院極端熱物理與制造中心

表面等離子體激元（SPP）是指電介質與金屬界面處的電磁場與金屬表面的自由電子及類似集體振動粒子之間強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-電介質界面產生的表面波）來改善納米級金屬薄膜的熱擴散。由于這種新的傳熱模式是在基板上沉積金屬薄膜時發生的，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點。研究小組表明，由于半徑約 3 厘米、厚度為 100 納米的鈦 (Ti) 薄膜上產生表面波，熱導率提高了約 25%。

領導這項研究的韓國科學技術院 (KAIST) 教授 Bong Jae Lee 表示：“這項研究的意義在于，在加工難度較低的基板上沉積的金屬薄膜上首次發現了一種利用表面波進行傳熱的新模式，它可以用作納米級散熱器，以有效地散發容易過熱的半導體器件熱點附近的熱量。”

該結果對未來高性能半導體器件的發展具有重大意義，因為它可以應用于納米級薄膜上的快速散熱。特別是，研究團隊發現的這種新的傳熱模式有望解決半導體器件熱管理的基本問題，因為它可以在納米級厚度下實現更有效的傳熱，而薄膜的導熱率通常會因薄膜的熱導率而降低。。

該研究于 4 月 26 日在線發表在《物理評論快報》上，并被選為編輯建議。

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