Các nhà nghiên cứu của Phòng thí nghiệm Thiết bị Nano cho biết bộ truyền nhiệt graphene vượt trội hơn so với ống nano carbon và kim cương cho các thiết bị điện tử và quang tử
Các nhà nghiên cứu của Phòng thí nghiệm Thiết bị Nano cho biết bộ truyền nhiệt graphene vượt trội hơn so với ống nano carbon và kim cương cho các thiết bị điện tử và quang tử
Loại bài viết: Tin ngành Từ: Microelectronics International, Tập 27, Số 3
Các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm thiết bị nano của Đại học California-Riverside đã phát hiện ra rằng độ dẫn nhiệt của graphene lớn hơn độ dẫn nhiệt của ống nano kim cương và carbon, và do đó là một vật liệu tuyệt vời để quản lý nhiệt. Sử dụng graphene làm thành phần quản lý nhiệt giúp loại bỏ nhiệt hiệu quả hơn, do đó các thiết bị và mạch điện có thể sử dụng nhiều năng lượng hơn và kéo dài tuổi thọ.
Giáo sư Kỹ thuật điện tại UC-Riverside Alexander A. Balandin, Tiến sĩ Dmitri Kotchetkov và Suchismita Ghosh đã phát triển một thiết bị và phương pháp liên quan để loại bỏ nhiệt từ các thiết bị quang điện tử và quang điện tử thông qua việc kết hợp các kênh dẫn nhiệt cực cao hoặc các lớp nhúng làm bằng đơn graphene lớp, graphene hai lớp hoặc graphene ít lớp. Các lớp graphene lan tỏa nhiệt và phương pháp sản xuất được nêu chi tiết trong Bằng sáng chế Hoa Kỳ số 20100085713.
Trong ngành công nghiệp đang có xu hướng giảm kích thước của các thiết bị bán dẫn và mạch tích hợp (IC). Đồng thời, các thiết bị và mạch được thiết kế để thực hiện nhiều chức năng hơn. Để đáp ứng nhu cầu giảm kích thước và tăng chức năng, cần phải đưa vào một số lượng lớn hơn các mạch trong một khu vực đơn vị nhất định. Kết quả là, chức năng và mật độ đóng gói tăng lên, các thiết bị và mạch sử dụng nhiều năng lượng hơn. Năng lượng này thường được tiêu tán dưới dạng nhiệt do các thiết bị tạo ra. Việc tăng sinh nhiệt, cùng với yêu cầu giảm kích thước, dẫn đến tăng lượng nhiệt tỏa ra trên một đơn vị diện tích. Sự gia tăng lượng nhiệt tạo ra trong một đơn vị diện tích nhất định dẫn đến nhu cầu tăng tốc độ truyền nhiệt từ các thiết bị và mạch điện đến bộ tản nhiệt hoặc môi trường xung quanh để ngăn chúng bị hỏng do tiếp xúc với nhiệt quá mức.
Graphene có thể được sử dụng để quản lý nhiệt và làm mát thông lượng cao của các thiết bị và mạch điện tử, chẳng hạn như bóng bán dẫn hiệu ứng trường, IC, PCB, IC ba chiều và các thiết bị quang điện tử, chẳng hạn như điốt phát sáng và điện tử, quang điện tử liên quan , và các thiết bị và mạch quang tử.
Graphene, như được phát hiện bởi các nhà phát minh, được đặc trưng bởi độ dẫn nhiệt cực cao, cho phép nó được sử dụng để loại bỏ nhiệt. Các phương án sử dụng dạng hình học phẳng của graphene, cho phép nó được kết hợp dễ dàng vào cấu trúc thiết bị. Các phương án cho phép quản lý nhiệt tốt hơn các thiết bị và mạch điện tử và quang điện tử và giảm mức tiêu thụ điện năng.
Graphene có thể được sử dụng làm vật liệu truyền nhiệt và được kết hợp vào thiết kế thiết bị và chip theo những cách mà các vật liệu khác không thể thực hiện được. Các phương án được đề xuất của bộ truyền nhiệt graphene bao gồm các lớp graphene trong MOSFET, gói vi mạch, bảng mạch in và như một vật liệu phụ trong vật liệu giao diện nhiệt.
Không có ứng dụng nào được biết đến của graphene làm vật liệu truyền nhiệt trong các thiết bị và mạch bán dẫn, đóng gói mạch tích hợp hoặc PCB. Hầu hết các thiết bị bán dẫn và mạch tích hợp được sản xuất không bao gồm các thành phần quản lý nhiệt được nhúng trong chất nền. Các phương tiện loại bỏ nhiệt truyền thống (làm mát bằng chất lỏng siêu nhỏ, thổi khí và tản nhiệt bên ngoài) vẫn không hiệu quả để loại bỏ điểm nóng trong khu vực gần nguồn điện thoát nước hoặc hệ thống dây kết nối mới.
Vùng đó hấp thụ hầu hết nhiệt được tạo ra và vẫn là một phần của thiết bị hoặc mạch có nhiều khả năng bị hỏng do nhiệt quá cao. Việc nhúng một lớp vật liệu có hệ số dẫn nhiệt cao vào đế làm tăng thông lượng nhiệt có thể chịu được. Hơn nữa, nhiệt truyền theo phương ngang trong mặt phẳng graphene, dẫn đến tăng diện tích tản nhiệt, giảm thông lượng nhiệt và hấp thụ nhiệt đồng đều hơn bởi chất nền.
Graphene có độ dẫn nhiệt cao hơn gấp đôi so với kim cương, cho phép tăng tốc độ loại bỏ nhiệt. Yêu cầu xử lý nhiệt độ Graphene thấp hơn so với kim cương. Sử dụng graphene làm vật liệu truyền nhiệt trong các thiết bị bán dẫn, đóng gói chip và PCB giúp tăng công suất có thể chịu được.
Các nhà nghiên cứu Phòng thí nghiệm Thiết bị Nano cho biết máy phát tán nhiệt Graphene vượt trội hơn ống nano carbon và kim cương cho các thiết bị điện tử và quang tử | Emerald Insight
