Ученые из Университета Райса представили новый способ включения алмазных охладителей непосредственно в электронные устройства. Это позволяет уменьшить их рабочую температуру на 23 градуса Цельсия. Разработанная технология, изначально появившаяся как эксперимент по созданию алмазной скульптуры в виде «совы», является масштабируемым производственным процессом, который может решить одну из ключевых задач современной электроники — проблему перегрева.
Современные высокопроизводительные технологии, например, процессоры для искусственного интеллекта и инфраструктура для сетей 5G, испытывают значительные сложности в вопросах отвода тепла. Применение традиционных способов обработки алмаза, который обладает наилучшей теплопроводностью, но является одним из самых твёрдых материалов, представляет собой сложную и дорогостоящую задачу. Вместо «нисходящего» подхода, заключающегося в обработке алмазной пластины с помощью резьбы, исследователи разработали «восходящий» метод, основанный на выращивании алмазов непосредственно в необходимых областях.
Микроволновое плазменное химическое осаждение из паровой фазы – это технология, которая с помощью фотолитографии формирует трафарет на поверхности кристалла. На этот трафарет наносятся наноалмазные «затравки», а затем в высокоэнергетическом реакторе атомы углерода осаждаются на них, образуя прочный теплопроводящий слой. Такой метод позволяет получать алмазы в заданных формах, пригодных для использования в различных устройствах.
Ученые смогли расширить технологический процесс для работы с пластинами размером 2 дюйма. Для создания сложных структур применяется фотолитография, а для обработки больших площадей – лазерная резка. Данный метод подходит для использования с различными базовыми материалами, включая кремний и нитрид галлия, что делает его перспективным для серийного выпуска полупроводниковых устройств нового поколения.
Доцент кафедры материаловедения и наноинженерии Сян Чжан отметил, что уменьшение температуры на 23 °C – это существенный прогресс, который увеличивает продолжительность эксплуатации устройств и позволяет им функционировать с большей скоростью, избегая перегрева. Руководитель исследования Пуликкель Аджаян акцентировал внимание на том, что ключевым результатом стало разработка действенного и пригодного для широкого применения метода интеграции алмазного охлаждения, что в будущем позволит увеличить скорость, надёжность и срок службы техники, начиная от мобильных телефонов и заканчивая компьютерами. Следующая задача исследователей – добиться безупречного соединения между алмазом и электроникой для создания транзисторов нового поколения.
Результаты исследования в журнале Applied Physics Letters.