表面等离子体激元有望解决半导体散热问题

来源：《半导体芯科技》杂志

缩小半导体尺寸的需求，加上器件热点处产生的热量无法有效分散的问题，对现代器件的可靠性和耐用性产生了负面影响。现有的热管理技术还无法胜任这项任务。因此，发现一种新的散热方法——利用在基板上的金属薄膜中产生的表面波来散热，是一个重要的突破。

韩国科学技术学院（KAIST）宣布，机械工程系Bong Jae Lee教授的研究小组在世界上首次成功测量了沉积在基板上的金属薄膜中“表面等离子体激元”（surface plasmon polariton, SPP）引起的一种新型热传递。

表面等离子体激元（SPP）是指电介质与金属界面处的电磁场与金属表面的自由电子及类似集体振动粒子之间强烈相互作用而在金属表面形成的表面波。

研究小组利用表面等离子体激元（SPP）（金属-电介质界面产生的表面波）来改善纳米级金属薄膜的热扩散。由于这种新的传热模式是在基板上沉积有金属薄膜时发生的，因此它在器件制造过程中非常有用，并且具有能够大面积制造的优点。研究小组表明，由于半径约3厘米、厚度为100纳米的钛(Ti)薄膜上产生表面波，热导率提高了约25%。

领导这项研究的Bong Jae Lee教授表示：“这项研究的意义在于，在加工难度较低的基板上沉积的金属薄膜上，首次发现了利用表面波的新传热模式。它可以用作纳米级散热器，有效地散发容易过热的半导体器件热点附近的热量。”

该研究结果对未来高性能半导体器件的发展具有重大意义，因为它可以应用于纳米级薄膜上的快速散热。特别是，研究团队发现的这种新的传热模式有望解决半导体器件热管理的基本问题，因为它可以在纳米级厚度下实现更有效的传热，虽然薄膜的导热率通常会因边界散射效应而降低。

关于此项研究的论文已经于2023年4月26日在《Physical Review Letters》在线发表。该研究得到韩国国家研究基金会基础研究实验室支持计划的支持。

审核编辑 黄宇