Timantti mikropiirien lämmönhallintaan

Ricen yliopistossa tutkimuslaboratoriossa on kehitetty menetelmä kuvioitujen timanttipintojen kasvattamiseksi puolijohdepiireille, mikä voisi auttaa alentamaan elektroniikan käyttölämpötiloja 23 celsiusasteella.

”Elektroniikan maailmassa lämpö on vihollinen”, sanoo professori Xiang Zhang. ”23 celsiusasteen lämpötilan lasku on merkittävä – se voi pidentää laitteen käyttöikää ja mahdollistaa sen nopeamman toiminnan ilman ylikuumenemista.”

Timantti on useimpia muita materiaaleja parempi lämmönhallinnassa, mutta sen kovuus tekee sen työstämisestä vaikeaa. Timantin kasvattaminen teknologian kannalta merkityksellisissä muodoissa on erityisen haastavaa.

Perinteisesti timantteja kaiverretaan tai syövytetään mutta nyt tutkijat hyödynsivät tarkoitukseen sopivan kasvatusprosessia.

Kasvatus vaatii kuitenkin alusta, johon tarttua. Siementen sijoittelun hallitsemiseksi tiimi käytti kahta tekniikkaa. Pienten, yksityiskohtaisten kuvioiden luomiseksi tutkijat käyttivät fotolitografiaa. Suurempien kiekkojen kohdalla prosessi vaatii erilaisen lähestymistavan mutta se mahdollisti skaalauksen täyteen 2 tuuman kiekkoon.

Uusi menetelmä antaa tutkijoille mahdollisuuden kontrolloida paitsi timantin kasvupaikkaa myös sen kasvutapaa. Säätämällä kylvötiheyttä he voivat vaikuttaa kiteen kokoon ja rakenteeseen yhden kuvion sisällä. Konseptin todisteena tutkimuksessa testattiin pii- ja galliumnitridisubstraatteja, mutta menetelmää voitaisiin soveltaa myös muihin pohjakerroksiin.

”Tärkein anti on, että olemme löytäneet skaalautuvan ja tehokkaan tavan integroida timanttien jäähdytys elektroniikkaan”, sanoo Pulickel Ajayan. ”Tämä on tärkeää, koska lämpö rajoittaa puhelimen akun käyttöikää ja tietokoneen nopeutta. Käyttämällä timanttia näiden laitteiden tehokkaampaan jäähdyttämiseen voimme tasoittaa tietä nopeammalle, luotettavammalle ja pitkäikäisemmälle teknologialle.”

”Tämä työ demonstroi kiekkomittakaavan selektiivistä timanttien kasvua, joka on yhteensopiva heterogeenisen integroinnin kanssa ja mahdollistaa tehokkaan lämmönhallinnan laitteen kannalta merkityksellisissä lämpötiloissa ja asetteluissa”, Zhao sanoi.

Seuraavaksi on tarkoitus parantaa timantin ja muiden materiaalien välistä rajapintaa, jotta voidaan kehittää seuraavan sukupolven suuritehoisia puolijohdekomponentteja, kuten suuren elektroniliikkuvuuden transistoreja.

Aiheesta aiemmin:

Timanttipuolijohteista löydettiin uusia ominaisuuksia

Venytettyä timanttia elektroniikalle

Timantti kelpaa lämmönjohteeksi