[走进LAB]改变“室温工艺”的碳纳米管…有望降低半导体发热

by Oh Jieun

Published 27 Mar.2026 10:05(KST)

Yonsei大学 Kim Jongbaek 教授团队开发新工艺
降低芯片发热并提升红外传感器灵敏度

Yonsei大学机械工学系教授 Kim Jongbaek 的研究团队开发出一项新工艺，可将原本只能在高温下制备的碳纳米管在室温条件下无损转移到电子器件上。这项技术在保持材料优异导热、导电特性的同时，为其实际应用于半导体和传感器奠定了基础，意义重大。

仅能在高温下制备的碳纳米管，如今可在室温下无损转移到电子器件上的新工艺已由 Kim Jongbaek 延世大学机械工程系教授研究团队开发完成。硕博连读生 Han Hyunjun（自左起）、Kim 教授和硕博连读生 Hwang Gyuhyun 正在拍摄纪念照。延世大学提供

Kim 教授团队27日表示，他们利用薄冰层的“升华转印”方式，成功将碳纳米管转移到多种基板上。具体做法是：先在冷却的基板上凝结水蒸气，形成均匀的冰层，再与碳纳米管接触使其暂时固定，随后让冰层直接升华为气体完成转移。

以往在水的融化和干燥过程中，结构容易坍塌或纠缠。研究团队通过跳过液态阶段、让冰直接转为气体的方式，规避了这一问题。结果显示，从10微米以下的微细图案到厘米级的大面积结构，都能在保持结构完整的情况下实现转印，良率超过95%。

碳纳米管是一种具有优异热、电导率且几乎完全吸收光的纳米材料。尤其是如“森林”般笔直竖立的“垂直排列”结构，可以沿单一方向快速传导热量和电流，有利于提升散热与传感器性能。但由于其仅能在700摄氏度以上的高温下生长，很难与在200～450摄氏度以下制备的半导体工艺或塑料基电子器件直接结合。

研究团队将这一技术应用为半导体散热材料，并验证了性能提升效果。将其用于智能手机处理器后，与传统导热垫相比，最高可将发热集中区域的温度降低4摄氏度。芯片温度即便只降低几度，也能防止性能下降并扩大稳定运行范围。尤其是在人工智能运算芯片等领域，发热被视为限制性能的关键因素，因此应用前景广阔。

此外，将碳纳米管结构作为吸收层应用于红外传感器时，其信号变化幅度最高比现有产品提高3倍以上。该结构也成功无损转印到厚度不超过1微米的超薄膜上。

Kim 教授表示：“关键在于让原本必须经历高温工艺的纳米材料，能够直接在室温条件下应用”，“有望在半导体散热管理等多个领域实现全新的器件结构”。

研究团队从冰淇淋因低温而黏在舌头上的现象中获得灵感，关注冰的黏附力，设计出无需胶黏剂或高温高压工艺也能转移结构的方法。为实现产业化应用，团队将大面积工艺放大、工艺时间缩短、长期可靠性验证等列为后续课题，并计划将该技术高度优化到可直接应用于半导体封装和传感器工艺的水平。

本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。