Διανομείς θερμότητας γραφενίου ανώτεροι από νανοσωλήνες άνθρακα και διαμάντι για ηλεκτρονικές και φωτονικές συσκευές λένε Ερευνητές του Εργαστηρίου Nano Device | Emerald Insight

[et_pb_section fb_built=”1″ admin_label=”section” _builder_version=”4.16″ global_colors_info=”{}”][et_pb_row admin_label=”row” _builder_version=”4.16″position background_size=”initial” ” global_colors_info=”{}”][et_pb_column type=”4_4″ _builder_version=”4.16″ custom_padding=”|||” global_colors_info=”{}” custom_padding__hover=”|||”][et_pb_text admin_label=”Text” _builder_version=”4.16″ background_size=”initial” background_position=”top_left” background_repeat=”repeat” global_colors_info

Οι διανομείς θερμότητας γραφενίου ανώτεροι από τους νανοσωλήνες άνθρακα και το διαμάντι για ηλεκτρονικές και φωτονικές συσκευές λένε οι ερευνητές του Nano Device Laboratory

Οι διανομείς θερμότητας γραφενίου ανώτεροι από τους νανοσωλήνες άνθρακα και το διαμάντι για ηλεκτρονικές και φωτονικές συσκευές λένε οι ερευνητές του Nano Device Laboratory

Τύπος άρθρου: Νέα του κλάδου Από: Microelectronics International, Τόμος 27, Τεύχος 3

Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια-Riverside Nano Device Laboratory ανακάλυψαν ότι η θερμική αγωγιμότητα του γραφενίου είναι μεγαλύτερη από αυτή των νανοσωλήνων διαμαντιού και άνθρακα, και επομένως είναι ένα εξαιρετικό υλικό για τη θερμική διαχείριση. Η χρήση του γραφενίου ως στοιχείου θερμικής διαχείρισης καθιστά την απομάκρυνση της θερμότητας πιο αποτελεσματική, και έτσι οι συσκευές και τα κυκλώματα μπορούν να χρησιμοποιούν περισσότερη ισχύ και με εκτεταμένη διάρκεια ζωής.

Ο καθηγητής Ηλεκτρολόγων Μηχανικών του UC-Riverside Alexander A. Balandin, ο Dr Dmitri Kotchetkov και ο Suchismita Ghosh έχουν αναπτύξει μια συσκευή και μια σχετική μέθοδο απομάκρυνσης θερμότητας από ηλεκτρονικές οπτοηλεκτρονικές και φωτονικές συσκευές μέσω της ενσωμάτωσης εξαιρετικά υψηλών θερμικά αγώγιμων καναλιών ή ενσωματωμένων στρωμάτων από ενιαία γραφένιο στρώματος, γραφένιο δύο στρωμάτων ή γραφένιο λίγων στρωμάτων. Τα στρώματα γραφενίου που διασπείρονται με θερμότητα και η μέθοδος κατασκευής περιγράφονται λεπτομερώς στο Δίπλωμα Ευρεσιτεχνίας ΗΠΑ Νο. 20100085713.

Υπάρχει μια τάση στη βιομηχανία για μείωση του μεγέθους των συσκευών ημιαγωγών και των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων (IC). Ταυτόχρονα, οι συσκευές και τα κυκλώματα έχουν σχεδιαστεί για να εκτελούν περισσότερες λειτουργίες. Για να ικανοποιηθούν οι απαιτήσεις για μειωμένο μέγεθος και αυξημένη λειτουργικότητα, καθίσταται απαραίτητο να συμπεριληφθεί ένας μεγαλύτερος αριθμός κυκλωμάτων σε μια δεδομένη περιοχή μονάδας. Ως συνέπεια, της αυξημένης λειτουργικότητας και πυκνότητας στη συσκευασία, οι συσκευές και τα κυκλώματα χρησιμοποιούν περισσότερη ισχύ. Αυτή η ισχύς συνήθως διαχέεται ως θερμότητα που παράγεται από τις συσκευές. Η αυξημένη παραγωγή θερμότητας, σε συνδυασμό με την ανάγκη μείωσης του μεγέθους, οδηγεί σε αύξηση της ποσότητας θερμότητας που παράγεται ανά μονάδα επιφάνειας. Η αύξηση της ποσότητας θερμότητας που παράγεται σε μια δεδομένη μονάδα επιφάνειας οδηγεί στην απαίτηση να αυξηθεί ο ρυθμός με τον οποίο μεταφέρεται θερμότητα από τις συσκευές και τα κυκλώματα στις ψύκτρες ή στο περιβάλλον του περιβάλλοντος, προκειμένου να αποφευχθεί η καταστροφή τους λόγω έκθεσης σε υπερβολική ζέστη.

Το γραφένιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για θερμική διαχείριση και ψύξη υψηλής ροής ηλεκτρονικών συσκευών και κυκλωμάτων, όπως τρανζίστορ πεδίου, IC, PCB, τρισδιάστατα IC και οπτοηλεκτρονικές συσκευές, όπως δίοδοι εκπομπής φωτός και σχετικές ηλεκτρονικές, οπτοηλεκτρονικές και φωτονικές συσκευές και κυκλώματα.

Το γραφένιο, όπως ανακαλύφθηκε από τους εφευρέτες, χαρακτηρίζεται από εξαιρετικά υψηλή θερμική αγωγιμότητα, η οποία του επιτρέπει να χρησιμοποιείται για απομάκρυνση θερμότητας. Οι ενσωματώσεις χρησιμοποιούν την επίπεδη γεωμετρία του γραφενίου, η οποία του επιτρέπει να ενσωματώνεται εύκολα στη δομή της συσκευής. Οι ενσωματώσεις επιτρέπουν καλύτερη θερμική διαχείριση των ηλεκτρονικών και οπτοηλεκτρονικών συσκευών και κυκλωμάτων και μειωμένη κατανάλωση ενέργειας.

Το γραφένιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως υλικό διασποράς θερμότητας και να ενσωματωθεί σε σχέδια συσκευών και τσιπ με τρόπους που δεν είναι δυνατός με άλλα υλικά. Οι προτεινόμενες εφαρμογές των διανομέων θερμότητας γραφενίου περιλαμβάνουν στρώματα γραφενίου σε MOSFET, πακέτα IC, πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων και ως υλικό πλήρωσης σε υλικά θερμικής διεπαφής.

Δεν υπάρχουν γνωστές εφαρμογές του γραφενίου ως υλικού διασποράς θερμότητας σε συσκευές και κυκλώματα ημιαγωγών, σε συσκευασίες ολοκληρωμένων κυκλωμάτων ή PCB. Οι περισσότερες κατασκευασμένες συσκευές ημιαγωγών και ολοκληρωμένα κυκλώματα δεν περιλαμβάνουν εξαρτήματα θερμικής διαχείρισης ενσωματωμένα στα υποστρώματα. Τα παραδοσιακά μέσα αφαίρεσης θερμότητας (ψύξη μικρορευστού, φύσημα αέρα και εξωτερικές απαγωγές θερμότητας) εξακολουθούν να παραμένουν αναποτελεσματικά για την αφαίρεση θερμών σημείων στην περιοχή κοντά στο ρεύμα της πηγής αποστράγγισης ή στις νέες καλωδιώσεις διασύνδεσης.

Αυτή η περιοχή απορροφά το μεγαλύτερο μέρος της παραγόμενης θερμότητας και παραμένει μέρος της συσκευής ή του κυκλώματος που είναι πιο πιθανό να καταστραφεί από την υπερβολική θερμότητα. Η ενσωμάτωση ενός στρώματος υλικού με υψηλή θερμική αγωγιμότητα στο υπόστρωμα παρέχει αύξηση της ανεκτής ροής θερμότητας. Επιπλέον, η θερμότητα διαδίδεται πλευρικά εντός του επιπέδου γραφενίου, γεγονός που οδηγεί σε αύξηση της περιοχής απαγωγής θερμότητας, μείωση της ροής θερμότητας και πιο ομοιόμορφη απορρόφηση θερμότητας από το υπόστρωμα.

Το γραφένιο έχει διπλάσια θερμική αγωγιμότητα από το διαμάντι, επιτρέποντας αύξηση του ρυθμού απομάκρυνσης της θερμότητας. Οι απαιτήσεις επεξεργασίας θερμοκρασίας γραφενίου είναι χαμηλότερες από εκείνες για το διαμάντι. Η χρήση γραφενίου ως υλικού διασποράς θερμότητας σε συσκευές ημιαγωγών, συσκευασίες τσιπ και PCB καθιστά δυνατή την αύξηση της ανεκτής ισχύος.

 

Πηγή: Διανομείς θερμότητας γραφενίου ανώτεροι από νανοσωλήνες άνθρακα και διαμάντι για ηλεκτρονικές και φωτονικές συσκευές λένε Ερευνητές του Εργαστηρίου Nano Device | Emerald Insight

[/ et_pb_text] [/ et_pb_column] [/ et_pb_row] [/ et_pb_section]