观测到热传导率越高的现象东大、氮化硅薄膜

东京大学的研究小组1日发表消息称，在氮化硅薄膜上观测到了热传导率越高的现象。其特征在于，使用了将负责热传导的晶格振动(声子)与光联系起来的“表面声子波里顿”。氮化硅被用于半导体元件的绝缘膜和保护膜，此次的成果在集成化和精细化中有助于促进容易发热的元件的散热。

表面声子波拉里顿散热的概念图(东京大学提供)

以往，已知在薄膜的表面上声子以高频率散射，热传导率大幅度变小。东京大学生产技术研究所特聘研究员和野村政宏教授等研究团队制作了与速度比声子快10万倍的光相结合的表面声子波里顿，调查了厚度不同的4种薄膜的热传导率。“-”

在厚度为200纳米的薄膜中，热导率随着温度的升高而降低。在100纳米的薄膜中，减少的趋势减缓了。研究表明，在50纳米和30纳米的薄膜中，随着温度的提高，热传导率变大，在塞氏约500度的高温下，大约是常温的两倍。

氮化硅薄膜的导热率。在厚度为100纳米和200纳米的薄膜(绿色和蓝色的点)中，导热率逐渐降低，而在30纳米和50纳米的薄膜(黑色和红色的点)中，导热率反而增加(东京大学提供)

此外，理论计算表明，表面声子波里顿薄膜越薄，又温度越高，则越大。据了解，表面声子波拉里顿在不散射的情况下推进的平均距离比单独声子要长得多。

这是首次在产业应用的氮化硅薄膜中定量地确定了热传导率的增加。野村副教授说：“我们得到了确凿的证据，表面声子波拉里顿已经在薄膜上成为重要的热传导载体。”？

从物质表面散热传导、辐射、对流这三种机制早已为人所知。如果表面声子波拉里顿产生的散热确立为第四种散热机制，将为进一步开发高集成元件铺平道路。研究成果于9月30日(美国东部时间)刊登在科学杂志“科学高级”上。

半导体是指导电性能介于导体和绝缘体之间的材料。我们知道，电路之所以具有某种功能，主要是因为其内部有电流的各种变化，而之所以形成电流，主要是因为有电子在金属线路和电子元件之间流动（运动/迁移）。所以，电子在材料中运动的难易程度，决定了其导电性能。常见的金属材料在常温下电子就很容易获得能量发生运动，因此其导电性能好；绝缘体由于其材料本身特性，电子很难获得导电所需能量，其内部很少电子可以迁移，因此几乎不导电。而半导体材料的导电特性则介于这两者之间，并且可以通过掺入杂质来改变其导电性能，人为控制它导电或者不导电以及导电的容易程度。这一点称之为半导体的可掺杂特性。

前面说过，集成电路的基础是晶体管，发明了晶体管才有可能创造出集成电路，而晶体管的基础则是半导体，因此半导体也是集成电路的基础。半导体之于集成电路，如同土地之于城市。很明显，山地、丘陵多者不适合建造城市，沙化土壤、石灰岩多的地方也不适合建造城市。“建造”城市需要选一块好地，“集成”电路也需要一块合适的基础材料——就是半导体。常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓（化合物），其中应用最广的、商用化最成功的当推“硅”。

那么半导体，特别是硅，为什么适合制造集成电路呢？有多方面的原因。硅是地壳中最丰富的元素，仅次于氧。自然界中的岩石、砂砾等存在大量硅酸盐或二氧化硅，这是原料成本方面的原因。硅的可掺杂特性容易控制，容易制造出符合要求的晶体管，这是电路原理方面的原因。硅经过氧化所形成的二氧化硅性能稳定，能够作为半导体器件中所需的优良的绝缘膜使用，这是器件结构方面的原因。最关键的一点还是在于集成电路的平面工艺，硅更容易实施氧化、光刻、扩散等工艺，更方便集成，其性能更容易得到控制。因此后续主要介绍的也是基于硅的集成电路知识，对硅晶体管和集成电路工艺有了解后，会更容易理解这个问题。

除了可掺杂性之外，半导体还具有热敏性、光敏性、负电阻率温度、可整流等几个特性，因此半导体材料除了用于制造大规模集成电路之外，还可以用于功率器件、光电器件、压力传感器、热电制冷等用途；利用微电子的超微细加工技术，还可以制成MEMS（微机械电子系统），应用在电子、医疗领域。

金属板与导热绝缘膜之间具有较高的结合强度。金属固化膜作用是金属板与导热绝缘膜之间具有较高的结合强度。涉及适用于半导体元件等的表面保护膜、层间绝缘膜、有机电致发光元件的绝缘层等的感光性树脂组合物及其固化膜、以及固化膜的制造方法。

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