郝跃院士：用“芯”报国，半导体突围的中国力量

中国粉体网讯郝跃，中国科学院院士，微电子学与固体电子学家，西安电子科技大学教授、博士生导师；国际IEEE学会高级会员，中国电子学会常务理事，国家中长期规划纲要“核心电子器件、高端通用芯片和基础软件产品”科技重大专项实施专家组组长，总装备部微电子技术专家组组长，国家电子信息科学与工程专业指导委员会副主任委员；国家重大基础研究计划�?73计划）项目首席科学家、国家有突出贡献的中青年专家和微电子技术领域的著名专家；第九、第十届全国政协委员和第十一届全国人大代表、�/p>

郝跃院士长期从事新型宽禁带半导体材料和器件、微纳米半导体器件与高可靠集成电路等方面的科学研究与人才培养。在氮化�?碳化硅第三代(宽禁�?半导体功能材料和微波器件、半导体短波长光电材料与器件研究和推广微纳米CMOS器件可靠性与失效机理研究等方面取得了系统的创新成果、�/p>

主要研究方向

1、宽禁带半导体材料与器件：�/p>

2、微纳半导体新器件及其可靠性；

3、SoC设计与设计方法学、�/p>

教学与科研成枛�/strong>

获得国家技术发明奖二等奖（2009年），国家科技进步奖二等奖�?008年�?015年），国家科技进步奖三等奖一项（1998年）；国家级教学成果一等奖1项（2018年）和国家级教学成果一等奖1项（2014年）；获得国家发明专利授权近百项；出版《氮化物宽禁带半导体材料与电子器件》、《碳化硅宽禁带半导体技术》、《集成电路制造动力学理论与方法》和《微纳米CMOS器件可靠性与失效机理》、《NITRIDE WIDE BANDGAP SEMICONDUCTOR MATERIAL AND ELECTRONIC DEVICES》等多部著作，在国内外著名期刊上发表学术论文500余篇�?010年荣获“何梁何利”科学技术奖、�/p>

科研之路：十年磨一剑的坚守

20世纪90年代，国际半导体技术格局发生深刻变化。以氮化镓（GaN）为代表的第三代半导体材料，凭借其耐高压、耐高温、高频率的优越物理特性，被公认为将是下一代移动通信、高效电源、先进雷达等领域的革命性核心材料。然而，在当时，这一领域对中国而言几乎是一片“无人区”，核心技术被美、日等国牢牢垄断，并对我国实行严格的技术封锁和产品禁运、�/p>

面对国家被“卡脖子”的困境，郝跃毅然决然地带领团队，将研究方向全面转向宽禁带半导体，一头扎进了这个充满未知与风险的领域。凭着不服输的劲头，团队花了整整十年时间，才终于系统性地掌握了高质量氮化镓材料的生长规律和工艺，攻克了材料中的缺陷难题，为后续的器件研发铺平了道路。这十年漫长而寂寞的坚守，磨炼了团队的意志，也铸就了中国在第三代半导体领域自主创新的坚实基石、�/p>

科研成果：不断突破，攻坚半导体难颗�/strong>

郝跃院士一直奔走在科研和教学的最前沿，他将目光投向了新一代半导体材料，带领团队继续探索。近期，郝跃院士团队取得多项科研成果、�/p>

多晶金刚石上外延生长范德华�?Ga₂O₃薄膜

氧化镓（β-Ga₂O₃）作为一种超宽禁带半导体材料，具有高击穿场强、可低成本制备等优势，被誉为下一代高功率、光电子器件的“明星材料”。但是氧化镓也面临致命短板——散热性能差。其热导率仅�?0-30 W/(m·K)，不足金刚石的六分之一，严重制约了高功率器件的性能与可靠性、�/p>

郝跃院士团队引入被誉为“导热王者”的金刚石作为散热衬底，巧妙地引入石墨烯作为“晶格翻译官”，在氧化镓与多晶金刚石之间构建了一个范德华异质结界面。石墨烯层有效屏蔽了多晶衬底晶向无序带来的影响，通过“氧-晶格协同调控”，实现�?-201)取向β-Ga₂O₃薄膜的可控外延生长，大幅降低了界面缺陷与热应力、�/p>

该结构的界面热阻仅为2.82 m²K/GW，仅为传统结构的�?/10；热量可高效传递，使器件温升显著降低。基于该结构制备的光电探测器表现出优异性能，光暗电流比�?0⁶，响应度高达210 A/W，展现了出色的光电转换效率和稳定性。该成果不仅为解决氧化镓功率器件的散热瓶颈提供了新思路，也为高导热金刚石与超宽禁带半导体材料的异质集成建立了可推广的新范式、�/p>

新技术，攻克芯片散热世界难题�?/strong>

在芯片制造中，不同材料层间的“岛状”连接结构长期阻碍热量传递，成为器件性能提升的关键瓶颈。郝跃院士、张进成教授团队通过创新技术，成功将粗糙的“岛状”界面转变为原子级平整的“薄膜”，使芯片散热效率和器件性能获得突破性提升。这项为半导体材料高质量集成提供“中国范式”的突破性成果，已发表在《自然·通讯》与《科学进展》上、�/p>

郝跃院士（左四）指导师生实验。图片来源：西安电子科技大学

团队首创“离子注入诱导成核”技术，将原本随机的生长过程转为精准可控的均匀生长。实验显示，新结构界面热阻仅为传统的三分之一。基于该技术制备的氮化镓微波功率器件，在X波段和Ka波段输出功率密度分别�?2�?毫米�?0�?毫米，将国际纪录提升30%-40%。这意味着同样芯片面积下，装备探测距离可显著增加，通信基站也能覆盖更远、更节能、�/p>

航天级封装单晶金刚石辐射探测�?/strong>

传统硅基半导体探测器因窄禁带�?.12 eV）特性，在强辐射和高温度下漏电流急剧上升、晶体损伤严重，性能�?0℃以上快速退化，已难以满足长寿命深空任务需求、�/p>

郝跃院士、张进成教授团队与中国科学院国家空间科学中心团队单位合作，基于Ti/Pt/Au复合电极结构和航天级封装材料，成功研制出高性能单晶金刚石辐射探测器，显著提升了电极键合可靠性、辐射耐受性和高温工作稳定性，为突破传统探测器在深空环境下的性能瓶颈提供了创新技术路径、�/p>

采用�?�?金电极结构并采用航空级FR4封装的金刚石探测器实物照牆�/p>

参考来源：

[1]西安电子科技大学、科技日报、汉中科�?/p>

[2]A Space Particle Diamond Detector Based on A Ti/Pt/Au Composite Electrode Structure and Aerospace-grade Packaging Materials.

（中国粉体网编辑整理/石语（�/p>

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