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，對現(xiàn)代器件的可靠性和耐用性產(chǎn)生了負(fù)面影響?，F(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與金屬表面的自由電子及類似集體振動粒子之間強(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基礎(chǔ)研究實(shí)驗(yàn)室支持計(jì)劃的支持。

審核編輯 黃宇