Lämmönhallintaa puolijohteella

Texasin Dallasin yliopiston ja toisaalta UCLA Samueli School Of Engineeringin tutkijat ovat kehittäneet uuden puolijohdemateriaalin, joka vetää lämpöä pois sirujen kuumista pisteistä paljon nopeammin kuin nykyiset materiaalit.

Kyseessä on virheetön boori-arseeni, joka on tehokkaampi hukkalämmön siirrossa ja hävittämisessä kuin mikään muu tunnettu puolijohde tai metallimateriaali.

Tämä voisi mahdollisesti mullistaa tietokoneiden prosessoreiden ja muun elektroniikan kuten ledien lämpökäsittelysuunnitelmat.

Työ on UCLA:n Yongjie Hun ja hänen opiskelijoidensa useiden vuosien tutkimusten huipentuma, ja sisälsi materiaalien suunnittelun ja valmistuksen, ennustavan mallintamisen ja lämpötilan tarkan mittauksen.

UCLA:n toteuttaman boori-arseenin ennätyskorkea lämmönjohtavuus (1300 W/mK) on yli kolme kertaa nopeampi kuin tällä hetkellä käytetyillä materiaaleilla, kuten piikarbidilla ja kuparilla.

Texas Dallasin yliopiston tutkijat ja heidän Illinoisin Urbana-Champaignin ja Houstonin yliopistojen yhteistyökumppanit ovat luoneet erittäin korkean lämmönjohtavuuden omaavaa boori-arseenia.

Mittauksissaan he saivat lämpöjohtavuuden arvoiksi noin 1 000 wattia metri-kelviniä kohden. Vastaavia arvoja löytyy nykyään lähinnä vain timantista ja esimerkiksi piin vastaava arvo on 150 wattia metriä ja kelviniä kohti.

Tutkijoiden mukaan boori-arseenikiteiden ainutlaatuiset piirteet kuten boori- ja arseeniatomien välinen massojen ero edistävät fononien kykyä kulkea tehokkaammin pois kiteistä.

Vaikka arseeni itsessään voi olla myrkyllistä ihmisille, mutta kun se liittyy yhdisteeseen, kuten boori-arseeni, se muuttuu erittäin stabiiliksi ja myrkyttömäksi.

Materiaalin puolijohdeominaisuudet ovat hyvin vertailukelpoisia piin kanssa, joten siksi olisi ihanteellista sisällyttää boori-arseenia puolijohderakenteisiin, toteaa UT Dallasin apulaisprofessori Bing Lv.

Myös UCLA:n Hu toteaa, että "materiaalilla on erinomainen mahdollisuus integroitua nykyisiin valmistusprosesseihin sen puolijohdeominaisuuksien vuoksi. Se voisi korvata nykyiset puolijohdemateriaalit tietokoneille ja mullistaa elektroniikkateollisuutta."

Aiheesta aiemmin:

Parempaa lämmönhallintaa