Новий спосіб відводу тепла в електроніці

Міжнародна група, очолювана вченими з Каліфорнійського університету в Ріверсайді (University of California, Riverside), розробила новий спосіб ефективного відводу і розсіювання тепла, що виділяється під час функціонування напівпровідникових електронних приладів.

Високої ефективності вчені домоглися шляхом примусового зміни енергетичного спектру акустичних фононів, квазічастинка, що складаються з упорядкованих хвилеподібних теплових коливань атомів матеріалу в кристалічній решітці. А поширення і параметри цих фононів регулювалися і обмежувалися структурами нанометрового масштабу, виготовленими з напівпровідникового матеріалу певного виду.

Як обмежувальних наноструктур виступали нанопровідники з арсеніду галію (GaAs), синтез яких виконала група дослідників з Фінляндії, яка, крім цього, використовувала метод спектроскопії Мандельштама -Бріллюена (Brillouin-Mandelstam light scattering spectroscopy, BMS) для вивчення руху фононів через прозорі наноструктури.

Змінюючи форму і розміри наноструктур з арсеніду галію, вчені змогли домогтися змін енергетичного спектра, дисперсії, акустичних фононів так, що ці фонони забезпечили максимально ефективне перенесення тепла від місця його виділення до місця його розсіювання. Така можливість є ключовим моментом у справі розробки нанорозмірних електронних пристроїв, адже часто велика кількість тепла, що виділяється не дає інженерам можливості подальшого скорочення розмірів пристрою. Крім цього, управління фононами дозволяє направити їх в області термоелектричних перетворювачів, які будуть перетворювати його назад в електричну енергію, яку можна буде використовувати повторно.

“Протягом кількох років єдиним методом зміни питомої теплопровідності електронних пристроїв полягав у використанні наноструктур-провідників фононів, що мають певні кордони і інтерфейси. Ми ж експериментально продемонстрували можливість зміни параметрів фононів, які пересуваються швидше і які можуть рухатися в заданому напрямку без додаткових елементів-тепловідводів “- розповідає Олександр Баландін, професор з Каліфорнійського університету, -” Наша робота може стати основою для технологій, що дозволяють створювати напівпровідникові матеріал, мають наперед задані теплові та електронні властивості, які, в свою чергу, стануть основою електронних приладів нового покоління “.