Secondo i ricercatori del Nano Device Laboratory, i dissipatori di calore al grafene sono superiori ai nanotubi di carbonio e al diamante per dispositivi elettronici e fotonici
Secondo i ricercatori del Nano Device Laboratory, i dissipatori di calore al grafene sono superiori ai nanotubi di carbonio e al diamante per dispositivi elettronici e fotonici
Tipo di articolo: Notizie del settore Da: Microelectronics International, Volume 27, Issue 3
I ricercatori dell'Università della California-Riverside Nano Device Laboratory hanno scoperto che la conduttività termica del grafene è maggiore di quella del diamante e dei nanotubi di carbonio, e quindi è un materiale eccellente per la gestione termica. L'uso del grafene come componente di gestione termica rende più efficiente la rimozione del calore e quindi i dispositivi e i circuiti possono utilizzare più energia e con una maggiore durata.
Il professore di ingegneria elettrica della UC-Riverside Alexander A. Balandin, il dottor Dmitri Kotchetkov e Suchismita Ghosh hanno sviluppato un dispositivo e un metodo associato per la rimozione del calore da dispositivi elettronici optoelettronici e fotonici tramite l'incorporazione di canali termicamente conduttivi estremamente elevati o strati incorporati costituiti da grafene a strati, grafene a doppio strato o grafene a pochi strati. Gli strati di grafene a diffusione di calore e il metodo di produzione sono descritti in dettaglio nel brevetto statunitense n. 20100085713.
C'è una tendenza nell'industria a ridurre le dimensioni dei dispositivi a semiconduttore e dei circuiti integrati (CI). Allo stesso tempo, i dispositivi e i circuiti sono progettati per svolgere più funzioni. Per soddisfare le richieste di dimensioni ridotte e maggiore funzionalità, diventa necessario includere un numero maggiore di circuiti in una determinata area dell'unità. Di conseguenza, a causa della maggiore funzionalità e densità degli imballaggi, i dispositivi ei circuiti consumano più energia. Questa potenza viene in genere dissipata sotto forma di calore generato dai dispositivi. La maggiore produzione di calore, unita alla necessità di ridurre le dimensioni, porta ad un aumento della quantità di calore generato per unità di superficie. L'aumento della quantità di calore generata in una determinata area dell'unità porta a una richiesta di aumentare la velocità con cui il calore viene trasferito dai dispositivi e dai circuiti ai dissipatori di calore o all'ambiente per evitare che si danneggino a causa dell'esposizione a calore eccessivo.
Il grafene può essere utilizzato per la gestione termica e il raffreddamento ad alto flusso di dispositivi e circuiti elettronici, come transistor ad effetto di campo, circuiti integrati, PCB, circuiti integrati tridimensionali e dispositivi optoelettronici, come diodi emettitori di luce e relativi dispositivi elettronici, optoelettronici e dispositivi e circuiti fotonici.
Il grafene, come scoperto dagli inventori, è caratterizzato da una conduttività termica estremamente elevata, che gli consente di essere utilizzato per la rimozione del calore. Le forme di realizzazione utilizzano la geometria piatta del grafene, che gli consente di essere prontamente incorporato nella struttura del dispositivo. Le realizzazioni consentono una migliore gestione termica dei dispositivi e dei circuiti elettronici e optoelettronici e un consumo energetico ridotto.
Il grafene può essere utilizzato come materiale di diffusione del calore e incorporato nei progetti di dispositivi e chip in modi che non sono possibili con altri materiali. Le forme di realizzazione proposte di dissipatori di calore in grafene includono strati di grafene in MOSFET, pacchetti IC, circuiti stampati e come materiale di riempimento nei materiali di interfaccia termica.
Non sono note applicazioni del grafene come materiale di diffusione del calore in dispositivi e circuiti a semiconduttore, imballaggi di circuiti integrati o PCB. La maggior parte dei dispositivi a semiconduttore e dei circuiti integrati fabbricati non include componenti di gestione termica incorporati nei substrati. I tradizionali mezzi di rimozione del calore (raffreddamento a micro liquido, soffiaggio d'aria e dissipatori di calore esterni) rimangono ancora inefficaci per la rimozione dei punti caldi nella regione vicino alla corrente di scarico o ai nuovi cablaggi di interconnessione.
Quella regione assorbe la maggior parte del calore generato e rimane una parte del dispositivo o del circuito che molto probabilmente sarà danneggiato dal calore eccessivo. L'inclusione di uno strato del materiale con un'elevata conduttività termica nel substrato fornisce un aumento del flusso di calore tollerabile. Inoltre, il calore si propaga lateralmente all'interno del piano del grafene, determinando un aumento dell'area di dissipazione del calore, una riduzione del flusso di calore e un assorbimento di calore più uniforme da parte del substrato.
Il grafene ha più del doppio della conduttività termica del diamante, consentendo un aumento della velocità di rimozione del calore. I requisiti di lavorazione della temperatura del grafene sono inferiori a quelli del diamante. L'impiego del grafene come materiale di diffusione del calore in dispositivi a semiconduttore, imballaggi di chip e PCB rende possibile un aumento della potenza tollerabile.
Fonte: Differiscono i ricercatori del Nano Device Laboratory | Intuizione Smeraldo
Differiscono i ricercatori del Nano Device Laboratory | Intuizione Smeraldo
