يقول باحثو مختبر أجهزة النانو إن موزعات حرارة الجرافين تتفوق على الأنابيب النانوية الكربونية والماس للأجهزة الإلكترونية والفوتونية
يقول باحثو مختبر أجهزة النانو إن موزعات حرارة الجرافين تتفوق على الأنابيب النانوية الكربونية والماس للأجهزة الإلكترونية والفوتونية
نوع المقال: أخبار الصناعة من: Microelectronics International ، المجلد 27 ، العدد 3
وجد الباحثون في مختبر الأجهزة النانوية التابع لجامعة كاليفورنيا-ريفرسايد أن الموصلية الحرارية للجرافين أكبر من الموصلية الحرارية للأنابيب النانوية الكربونية والماس ، وبالتالي فهي مادة ممتازة للإدارة الحرارية. استخدام الجرافين كعنصر إدارة حرارية يجعل إزالة الحرارة أكثر كفاءة ، وبالتالي يمكن للأجهزة والدوائر استخدام المزيد من الطاقة مع إطالة العمر الافتراضي.
طور أستاذ الهندسة الكهربائية بجامعة كاليفورنيا في ريفرسايد ألكسندر أ.بلاندين ، والدكتور دميتري كوتشيتكوف ، وسشيزميتا غوش جهازًا وطريقة مرتبطة به لإزالة الحرارة من الأجهزة الإلكترونية الضوئية والفوتونية عبر دمج قنوات موصلة حراريًا عالية للغاية أو طبقات مدمجة مصنوعة من أحادي. طبقة الجرافين أو الجرافين ثنائي الطبقة أو الجرافين ذي الطبقات القليلة. طبقات الجرافين المنتشرة بالحرارة وطريقة التصنيع مذكورة بالتفصيل في براءة الاختراع الأمريكية رقم 20100085713.
هناك اتجاه في الصناعة لتقليل حجم أجهزة أشباه الموصلات والدوائر المتكاملة (ICs). في الوقت نفسه ، تم تصميم الأجهزة والدوائر لأداء المزيد من الوظائف. لتلبية متطلبات الحجم المنخفض وزيادة الوظائف ، يصبح من الضروري تضمين عدد أكبر من الدوائر في منطقة وحدة معينة. نتيجة لذلك ، من خلال زيادة الوظائف والكثافة في التعبئة والتغليف ، تستخدم الأجهزة والدوائر المزيد من الطاقة. عادة ما يتم تبديد هذه الطاقة كحرارة تولدها الأجهزة. يؤدي توليد الحرارة المتزايد ، إلى جانب الحاجة إلى تقليل الحجم ، إلى زيادة كمية الحرارة المتولدة لكل وحدة مساحة. تؤدي الزيادة في كمية الحرارة المتولدة في منطقة وحدة معينة إلى زيادة معدل انتقال الحرارة من الأجهزة والدوائر إلى أحواض الحرارة أو إلى البيئة المحيطة من أجل منع تلفها بسبب التعرض لها. حرارة زائدة.
يمكن استخدام الجرافين للإدارة الحرارية والتبريد عالي التدفق للأجهزة والدوائر الإلكترونية ، مثل الترانزستورات ذات التأثير الميداني ، والدوائر المتكاملة ، وثنائي الفينيل متعدد الكلور ، والدوائر المتكاملة ثلاثية الأبعاد ، والأجهزة الإلكترونية الضوئية ، مثل الثنائيات الباعثة للضوء ، وما يرتبط بها من أجهزة إلكترونية ، إلكترونية ضوئية والأجهزة والدوائر الضوئية.
يتميز الجرافين ، كما اكتشفه المخترعون ، بموصلية حرارية عالية للغاية ، مما يسمح باستخدامه لإزالة الحرارة. تستخدم النماذج الهندسة المسطحة للجرافين ، مما يسمح بدمجها بسهولة في بنية الجهاز. تسمح النماذج بإدارة حرارية أفضل للأجهزة والدوائر الإلكترونية والإلكترونية الضوئية وتقليل استهلاك الطاقة.
يمكن استخدام الجرافين كمادة ناشرة للحرارة ودمجها في تصميمات الجهاز والرقائق بطرق غير ممكنة مع المواد الأخرى. تشمل التجسيدات المقترحة لموزعات حرارة الجرافين طبقات الجرافين في MOSFETs ، وحزم IC ، ولوحات الدوائر المطبوعة وكمواد حشو في مواد الواجهة الحرارية.
لا توجد تطبيقات معروفة للجرافين كمادة ناشرة للحرارة في أجهزة ودوائر أشباه الموصلات ، أو عبوات الدوائر المتكاملة ، أو مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور. لا تشتمل معظم أجهزة أشباه الموصلات والدوائر المتكاملة المصنعة على مكونات الإدارة الحرارية المدمجة في الركائز. لا تزال الوسائل التقليدية لإزالة الحرارة (التبريد السائل الصغير ، ونفخ الهواء ، والمشتتات الحرارية الخارجية) غير فعالة لإزالة النقاط الساخنة في المنطقة بالقرب من تيار مصدر التصريف أو الأسلاك المترابطة الجديدة.
تمتص هذه المنطقة معظم الحرارة المتولدة وتبقى جزءًا من الجهاز أو الدائرة التي من المرجح أن تتضرر من الحرارة الزائدة. يوفر دمج طبقة من المادة ذات الموصلية الحرارية العالية في الركيزة زيادة في تدفق الحرارة المسموح به. علاوة على ذلك ، تنتشر الحرارة أفقياً داخل مستوى الجرافين ، مما يؤدي إلى زيادة مساحة تبديد الحرارة ، وتقليل تدفق الحرارة ، وامتصاص حرارة أكثر اتساقًا بواسطة الركيزة.
يحتوي الجرافين على أكثر من ضعف الموصلية الحرارية للماس ، مما يسمح بزيادة معدل إزالة الحرارة. تعد متطلبات معالجة درجة حرارة الجرافين أقل من متطلبات الماس. إن استخدام الجرافين كمادة ناشرة للحرارة في أجهزة أشباه الموصلات ، وتغليف الرقائق ، وثنائي الفينيل متعدد الكلور يجعل زيادة الطاقة التي يمكن تحملها ممكنة.
ناثرات حرارة الجرافين تتفوق على الأنابيب النانوية الكربونية والماس للأجهزة الإلكترونية والفوتونية ـ حسب قول باحثو مختبر جهاز النانو | إميرالد إنسايت
