Это высокоэффективное решение для управления тепловыделением в мощной электронике, включая процессоры искусственного интеллекта, оборудование 5G и радары.
То, что начиналось как забавный эксперимент по созданию декоративной бриллиантовой «совы» для почетных гостей, превратилось в масштабируемый производственный процесс для электроники.
Исследователи из Университета Райса разработали метод выращивания алмазных поверхностей с заданным рисунком снизу вверх для охлаждения электроники.
Данная технология позволяет интегрировать алмазы непосредственно в устройства, снижая рабочую температуру на 23°C (41°F).
Это может помочь продлить срок службы устройств, улучшить производительность и повысить энергоэффективность в таких технологиях, как 5G, радары и центры обработки данных с использованием искусственного интеллекта.
«В мире электроники тепло — это враг», — сказал Сян Чжан, доцент кафедры материаловедения и наноинженерии в Университете Райса.
«Снижение температуры на 23 °C имеет существенное значение — это может продлить срок службы устройства и позволить ему работать быстрее без перегрева», — добавил Чжан.
Преодоление теплового барьера
В настоящее время внедрение высокопроизводительных технологий, таких как процессоры искусственного интеллекта и оборудование 5G, затруднено из-за серьезных проблем с отводом тепла.
Алмаз — бесспорный чемпион по управлению тепловыми процессами, но работать с ним сложно. Это одно из самых твердых веществ на Земле, поэтому метод «сверху вниз» — когда сначала выращивают пластину, а затем пытаются ее вырезать — медленный, дорогостоящий и вредный для материала.
Поэтому исследователи переходят к подходам «снизу вверх» для выращивания алмазов в точных, функциональных формах, которые можно интегрировать в электронику.
В процессе «снизу вверх» используется химическое осаждение из газовой фазы с применением микроволновой плазмы.
В ней используется фотолитография — та же технология, что и для нанесения мельчайших узоров на микрочипы.
Исследователи создают «трафарет» на поверхности чипа. Затем они посыпают этот трафарет наноалмазными «затравками».
При помещении в высокоэнергетический реактор атомы углерода оседают, прикрепляются к этим зародышам и прорастают, образуя твердый теплопроводящий слой именно там, где это необходимо.
«Это подразумевает использование реактора, который применяет микроволновую энергию — как на вашей кухне, но гораздо более мощную — для превращения газа в плазму», — сказал Чжан. «Эта плазма расщепляет газы с высоким содержанием углерода, смешанные с водородом, и атомы углерода оседают на подложке».
Образование зародышей — это важнейший первый этап роста алмаза, выступающий в роли «зародыша», обеспечивающего необходимую основу для сборки атомов углерода в кристаллические слои.
Масштабируемый вариант
Универсальность этой технологии делает ее весьма перспективной для промышленного применения.
Исследовательская группа успешно масштабировала свой процесс для 2-дюймовых пластин, стратегически выбрав один из двух методов затравки: фотолитографию для получения сложных узоров высокого разрешения и лазерную резку пленок для более масштабных применений.
Эта гибкость доказывает готовность метода к массовому производству, предлагая практический путь для создания энергоэффективной и высокопроизводительной электроники будущего.
Кроме того, этот метод совместим с различными базовыми слоями, такими как кремний и нитрид галлия. Он обеспечивает масштабируемую основу для интеграции высокоэффективного управления тепловыми процессами с использованием алмазных материалов в различные полупроводниковые технологии.
«Главный вывод заключается в том, что мы нашли масштабируемый и эффективный способ интеграции алмазного охлаждения в электронику», — сказал Пуликель Аджаян, руководитель исследования.
«Это важно, потому что именно тепло ограничивает срок службы батареи вашего телефона и скорость работы компьютера. Используя алмаз для более эффективного охлаждения этих устройств, мы можем проложить путь к созданию более быстрых, надежных и долговечных технологий», — объяснил Аджаян, профессор материаловедения и наноинженерии.
Следующая задача — усовершенствовать соединение между алмазом и расположенной под ним электроникой.
Успешное создание этого бесшовного соединения откроет возможности для гораздо более быстрого и мощного производства транзисторов следующего поколения.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Applied Physics Letters.
Sourse: interestingengineering.com
