Distribuitorii de căldură cu grafen superioare nanotuburilor de carbon și diamantului pentru dispozitive electronice și fotonice spun cercetătorii din Nano Device Laboratory

Distribuitorii de căldură cu grafen superioare nanotuburilor de carbon și diamantului pentru dispozitive electronice și fotonice spun cercetătorii din Nano Device Laboratory

Tip articol: Știri din industrie De la: Microelectronics International, Volumul 27, Numărul 3

Cercetătorii de la Universitatea din California-Riverside Nano Device Laboratory au descoperit că conductivitatea termică a grafenului este mai mare decât cea a nanotuburilor de diamant și carbon și, prin urmare, este un material excelent pentru managementul termic. Utilizarea grafenului ca componentă de management termic face ca eliminarea căldurii să fie mai eficientă și, astfel, dispozitivele și circuitele pot folosi mai multă putere și cu o durată de viață prelungită.

Profesorul de inginerie electrică UC-Riverside Alexander A. Balandin, dr. Dmitri Kotchetkov și Suchismita Ghosh au dezvoltat un dispozitiv și o metodă asociată de îndepărtare a căldurii din dispozitivele electronice optoelectronice și fotonice prin încorporarea de canale termice extrem de înalte sau straturi încorporate din un singur grafen stratificat, grafen bi-strat sau grafen cu câteva straturi. Straturile de grafen de împrăștiere a căldurii și metoda de fabricație sunt detaliate în brevetul US nr. 20100085713.

Există o tendință în industrie de a reduce dimensiunea dispozitivelor semiconductoare și a circuitelor integrate (CI). În același timp, dispozitivele și circuitele sunt proiectate pentru a îndeplini mai multe funcții. Pentru a satisface cerințele de dimensiune redusă și funcționalitate crescută, devine necesar să se includă un număr mai mare de circuite într-o anumită zonă de unitate. Ca o consecință, a funcționalității și a densității crescute în ambalaj, dispozitivele și circuitele folosesc mai multă putere. Această putere este de obicei disipată ca căldură generată de dispozitive. Generarea crescută de căldură, cuplată cu nevoia de a reduce dimensiunea, duce la o creștere a cantității de căldură generată pe unitate de suprafață. Creșterea cantității de căldură generată într-o anumită unitate de suprafață duce la o cerere de creștere a ratei cu care căldura este transferată de la dispozitive și circuite către radiatoare sau către mediul ambiant, pentru a preveni deteriorarea acestora din cauza expunerii la caldura excesiva.

Grafenul poate fi utilizat pentru gestionarea termică și răcirea cu flux mare a dispozitivelor și circuitelor electronice, cum ar fi tranzistoarele cu efect de câmp, circuitele integrate, PCB-uri, circuitele integrate tridimensionale și dispozitivele optoelectronice, cum ar fi diode emițătoare de lumină și electronice, optoelectronice aferente , și dispozitive și circuite fotonice.

Grafenul, așa cum a fost descoperit de inventatori, este caracterizat de o conductivitate termică extrem de ridicată, ceea ce îi permite să fie utilizat pentru îndepărtarea căldurii. Exemplele de realizare folosesc geometria plată a grafenului, care îi permite să fie ușor încorporat în structura dispozitivului. Exemplele de realizare permit un management termic mai bun al dispozitivelor și circuitelor electronice și optoelectronice și un consum redus de energie.

Grafenul poate fi folosit ca material de împrăștiere a căldurii și încorporat în designul dispozitivelor și al cipurilor în moduri care nu sunt posibile cu alte materiale. Exemplele de realizare propuse ale distribuitoarelor de căldură cu grafen includ straturi de grafen în MOSFET-uri, pachete IC, plăci de circuite imprimate și ca material de umplutură în materialele de interfață termică.

Nu există aplicații cunoscute ale grafenului ca material de împrăștiere a căldurii în dispozitive și circuite semiconductoare, ambalaje de circuite integrate sau PCB-uri. Majoritatea dispozitivelor semiconductoare și a circuitelor integrate fabricate nu includ componente de management termic încorporate în substraturi. Mijloacele tradiționale de îndepărtare a căldurii (răcire cu micro-lichid, suflare de aer și radiatoare externe) rămân încă ineficiente pentru îndepărtarea punctelor fierbinți în regiunea din apropierea curentului sursei de scurgere sau a cablurilor de interconectare noi.

Acea regiune absoarbe cea mai mare parte a căldurii generate și rămâne o parte a dispozitivului sau a circuitului cel mai probabil să fie deteriorată de căldura excesivă. Încorporarea unui strat de material cu conductivitate termică ridicată în substrat asigură o creștere a fluxului de căldură tolerabil. Mai mult, căldura se propagă lateral în planul grafenului, ceea ce are ca rezultat o creștere a ariei de disipare a căldurii, reducerea fluxului de căldură și o absorbție mai uniformă a căldurii de către substrat.

Grafenul are o conductivitate termică de peste două ori mai mare decât cea a diamantului, permițând o creștere a ratei de îndepărtare a căldurii. Cerințele de procesare a temperaturii grafenului sunt mai mici decât cele pentru diamant. Folosirea grafenului ca material de împrăștiere a căldurii în dispozitivele semiconductoare, ambalarea cipurilor și PCB-uri face posibilă o creștere a puterii tolerabile.

 

Sursa: Distribuitorii de căldură cu grafen superioare nanotuburilor de carbon și diamantului pentru dispozitive electronice și fotonice spun cercetătorii din Nano Device Laboratory | Perspectivă de smarald

Traduceți "