Espalhadores de calor de grafeno superiores aos nanotubos de carbono e diamante para dispositivos eletrônicos e fotônicos, dizem pesquisadores do Nano Device Laboratory
Espalhadores de calor de grafeno superiores aos nanotubos de carbono e diamante para dispositivos eletrônicos e fotônicos, dizem pesquisadores do Nano Device Laboratory
Tipo de artigo: Notícias da indústria De: Microelectronics International, Volume 27, Edição 3
Pesquisadores do Laboratório de Nano Dispositivos da Universidade da Califórnia-Riverside descobriram que a condutividade térmica do grafeno é maior que a dos nanotubos de diamante e carbono e, portanto, é um excelente material para gerenciamento térmico. O uso do grafeno como componente de gerenciamento térmico torna a remoção de calor mais eficiente e, assim, os dispositivos e circuitos podem usar mais energia e com vida útil prolongada.
O professor de engenharia elétrica da UC-Riverside Alexander A. Balandin, Dr. Dmitri Kotchetkov e Suchismita Ghosh desenvolveram um dispositivo e um método associado de remoção de calor de dispositivos optoeletrônicos e fotônicos eletrônicos por meio da incorporação de canais termicamente condutores extremamente altos ou camadas incorporadas feitas de grafeno de camada, grafeno de camada dupla ou grafeno de poucas camadas. As camadas de grafeno de propagação de calor e o método de fabricação são detalhados na Patente dos EUA No. 20100085713.
Há uma tendência na indústria de reduzir o tamanho dos dispositivos semicondutores e circuitos integrados (CIs). Ao mesmo tempo, os dispositivos e circuitos são projetados para executar mais funções. Para atender às demandas de tamanho reduzido e funcionalidade aumentada, torna-se necessário incluir um número maior de circuitos em uma determinada área da unidade. Como consequência, do aumento da funcionalidade e densidade nas embalagens, os dispositivos e circuitos consomem mais energia. Esta energia é normalmente dissipada como calor gerado pelos dispositivos. O aumento da geração de calor, aliado à necessidade de redução de tamanho, leva a um aumento na quantidade de calor gerado por unidade de área. O aumento da quantidade de calor gerado em uma determinada unidade de área leva a uma demanda para aumentar a taxa na qual o calor é transferido dos dispositivos e circuitos para os dissipadores de calor ou para o ambiente, a fim de evitar que sejam danificados devido à exposição a calor excessivo.
O grafeno pode ser usado para gerenciamento térmico e resfriamento de alto fluxo de dispositivos e circuitos eletrônicos, como transistores de efeito de campo, CIs, PCBs, CIs tridimensionais e dispositivos optoeletrônicos, como diodos emissores de luz e eletrônicos relacionados, optoeletrônicos , e dispositivos e circuitos fotônicos.
O grafeno, conforme descoberto pelos inventores, é caracterizado por uma condutividade térmica extremamente alta, o que permite que seja usado para remoção de calor. As modalidades utilizam a geometria plana do grafeno, o que permite que ele seja prontamente incorporado à estrutura do dispositivo. As modalidades permitem melhor gerenciamento térmico dos dispositivos e circuitos eletrônicos e optoeletrônicos e consumo de energia reduzido.
O grafeno pode ser usado como material dissipador de calor e incorporado em projetos de dispositivos e chips de maneiras que não são possíveis com outros materiais. As modalidades propostas de dissipadores de calor de grafeno incluem camadas de grafeno em MOSFETs, pacotes IC, placas de circuito impresso e como material de enchimento em materiais de interface térmica.
Não há aplicações conhecidas de grafeno como material dissipador de calor em dispositivos e circuitos semicondutores, embalagens de circuitos integrados ou PCBs. A maioria dos dispositivos semicondutores e circuitos integrados fabricados não incluem componentes de gerenciamento térmico embutidos nos substratos. Os meios tradicionais de remoção de calor (resfriamento de micro líquido, sopro de ar e dissipadores de calor externos) ainda permanecem ineficazes para a remoção de pontos quentes na região próxima à corrente da fonte de dreno ou nova fiação de interconexão.
Essa região absorve a maior parte do calor gerado e continua sendo uma parte do dispositivo ou circuito com maior probabilidade de ser danificado por calor excessivo. A incorporação de uma camada do material com alta condutividade térmica no substrato proporciona um aumento no fluxo de calor tolerável. Além disso, o calor se propaga lateralmente dentro do plano do grafeno, o que resulta em aumento da área de dissipação de calor, redução do fluxo de calor e absorção de calor mais uniforme pelo substrato.
O grafeno tem mais que o dobro da condutividade térmica do diamante, permitindo um aumento na taxa de remoção de calor. Os requisitos de processamento de temperatura do grafeno são menores do que os do diamante. O emprego de grafeno como material dissipador de calor em dispositivos semicondutores, embalagens de chips e PCBs possibilita um aumento de potência tolerável.
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