Наноклей охладит «разогнанные» микросхемы

Создан метод, позволяющий значительно повысить скорость теплоотдачи между двумя различными материалами — кремнием и медью. Это поможет добиться более эффективного охлаждения компьютерных чипов, светодиодных (LED) устройств, солнечных батарей и пр.

0 Комментировать Стоит ли лишний раз говорить о том, что теплоотвод критичен для многих современных технологий? Производители полупроводниковых микросхем ночами не спят, придумывая самые изощрённые способы отведения избыточного тепла от всё более «мельчающих» микросхем, ведь от этого напрямую зависят производительность и надёжность. А в случае солнечных батарей улучшенный отвод тепла повышает эффективность конверсии солнечного света в электроэнергию.

Работа наноклея в представлении художника: клей обеспечивает идеальную адгезию между медью и кремнием, а также синхронизацию вибрации атомов для эффективного транспорта фононов (иллюстрация Ramanath / Rensselaer Polytechnic Institute).

И вот учёным из Политехнического института Ренсселера (США) удалось добиться четырёхкратного увеличения термической проводимости в интерфейсе между медью и кремнием, проложив между двумя столь разными материалами специально разработанный наномолекулярный монослой — «наноклей».

Нанослой толщиной менее нанометра представляет собой слой молекул, образующих прочные связи одновременно и с медью (металлом), и с кремнием (неметаллом), что приводит к плотному склеиванию двух противоположностей, которые в противном случае никогда не образовали бы хорошего интерфейса. Помимо улучшения адгезии, наномолекулярные замки, накрепко сцепляющие между собой медь и кремний, помогают синхронизировать вибрации поверхностных атомов обоих материалов, обеспечивая куда более эффективный переход фононов (тепловых «частиц»). Чтобы не ограничиваться одним частным случаем, учёные продемонстрировали работоспособность своего метода и для других металл-керамических (неметаллических) интерфейсов.

Стоит заметить, что эффективность теплоотвода определяется просто: лёгкостью перехода фононов от нагретого материала (кремния) к холодильнику (меди). Из-за проблем с интерфейсом этот переход серьёзно затруднён. Добавление третьего материала обычно лишь ухудшает ситуацию, поскольку привносит дополнительный интерфейс. Однако внедрение ультратонкого нанослоя органических молекул, которые прочно связываются с обоими материалами, в корне меняет это представление и позволяет увеличить (а не ухудшить) общую термическую проводимость интерфейса в несколько раз.

Подробнее о химической структуре наноклея и его возможностях можно узнать из статьи, опубликованной в журнале Nature Materials.

Подготовлено по материалам Политехнического института Ренсселера. Теги: