改善半导体的导热性的新方法：使用表面等离子体激元进行传热

工程师们发现了一种使用表面等离子体激元 (SPP) 的新传热模式，在半导体热管理方面取得了重大突破。 这种新颖的方法将散热提高了 25%，对于解决小型半导体器件的过热问题至关重要。

缩小半导体尺寸的需求，加上器件热点产生的热量未能有效分散的问题，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，发现一种利用基板上金属薄膜产生的表面波来散热的新方法是一个重要的突破。

韩国科学技术院（院长 Kwang Hyung Lee）宣布，机械工程系 Bong Jae Lee 教授的研究小组成功测量了新观察到的由“表面等离子体激元”（SPP）在沉积在基板上的金属薄膜中引起的热传递，用于 世界上还是第一次。

钛（TI）薄膜热导率测量原理及钛薄膜上表面等离子体激元热导率测量原理示意图。 图片来源：韩国科学技术院极端热物理与制造中心

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%。

领导这项研究的韩国科学技术院 (KAIST) 教授 Bong Jae Lee 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一种利用表面波进行传热的新模式，它可以用作纳米级散热器，以有效地散发容易过热的半导体器件热点附近的热量。”

该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，而薄膜的导热率通常会因薄膜的热导率而降低。。

该研究于 4 月 26 日在线发表在《物理评论快报》上，并被选为编辑建议。