文章导读
你是否想过，电子不仅能传递电流，还能成为高效的“散热先锋”？清华大学深圳国际研究生院孙波团队最新研究颠覆传统认知，首次揭示在“金属-绝缘体-半导体”器件中，电子通过量子隧穿即可同步传输热量，显著提升界面热导。这一发现绕开复杂的材料改造，仅靠调控电学条件就能实现高效散热，为突破芯片“热瓶颈”提供全新路径。成果发表于《物理评论快报》，或将重塑未来高性能电子器件的热管理设计逻辑。
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近日，清华大学深圳国际研究生院孙波副教授团队在半导体器件热管理研究领域取得新进展，揭示了一种全新的多层结构器件中电子隧穿传热机理，改变了人们传统的散热认知。
界面热导路径
此前，多层结构器件中的散热效率主要受限于声子介导过程，提高界面热导需要复杂的界面结构工程来实现。团队通过模拟“金属-绝缘体-半导体”器件的实际工作条件，发现电子在以量子隧穿的方式穿过薄绝缘层时，不但可以形成隧穿电流，还可以有效传输热能。这种基于电子量子隧穿的导热方式显著提升了器件的界面热导，为热科学领域打开了器件级调控的研究思路。
该发现有助于解决现代电子设备面临的重大“热瓶颈”问题，为提升半导体器件的可靠性与稳定性开辟了一条热管理新途径。这意味着，无需改变复杂的材料和结构，即可通过调控电学条件来实现高效散热。更具深远意义的是，该工作将宏观电子量子隧穿（其研究者获得2025年诺贝尔物理学奖）拓展至热科学领域，对未来高性能电子设备的设计、制造和热管理具有重要价值。
相关成果以“电子隧穿提高金属-绝缘体-半导体结界面热导（Electron Tunneling Enhances Thermal Conductance through Metal-Insulator-Semiconductor Junctions）”为题，于11月13日发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters）。
清华大学深圳国际研究生院2025届博士毕业生刘一哲为论文第一作者，清华大学深圳国际研究生院副教授孙波为论文通讯作者。
论文链接：
https://doi.org/10.1103/1s3l-kv58
供稿：深圳国际研究生院
编辑：李华山
审核：郭玲
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