گام بزرگ محققان آمریکایی در مدیریت حرارت؛ خنک‌سازی پیشرفته با پوشش الماس

01

از 02

عبور از مانع حرارتی با پوشش الماس

فناوری‌های پرمصرف، از پردازنده‌های هوش مصنوعی گرفته تا تجهیزات 5G، با محدودیت‌های جدی دفع حرارت مواجه‌ هستند. در این میان، الماس به‌ دلیل رسانایی حرارتی فوق‌العاده، گزینه‌ ایدئالی به حساب می‌آید. با وجود این، سختی بی‌نظیر آن کار با این ماده را دشوار کرده است. رویکردهای «بالا‌به‌پایین» که بر رشد یک قطعه حجیم و سپس ماشین‌کاری آن متکی هستند، علاوه بر هزینه بالا به ساختار بلوری ماده آسیب می‌زنند. راهکار جدید بر مبنای رشد کنترل‌شده و هدفمند الماس در محل مورد نیاز طراحی شده است. این فریند با استفاده از رسوب‌دهی شیمیایی بخار به کمک پلاسمای مایکروویوی و فناوری فوتولیتوگرافی (فناوری استاندارد تولید ریزالگوها در صنعت نیمه‌هادی) اجرا می‌شود.

بیشتر بخوانید: ماده‌ای با رسانایی حرارتی بالاتر از الماس کشف شد

در این روش، ابتدا یک الگوی دقیق روی سطح زیرلایه ایجاد می‌شود و سپس بذرهای نانوالماس روی آن نشانده می‌شوند. درون راکتور پلاسما، گازهای غنی از کربن در حضور هیدروژن تجزیه و اتم‌های کربن آزادشده روی این بذرها ته‌نشین می‌شوند و لایه‌ای بلوری، مستحکم و با رسانایی حرارتی بالا را دقیقاً در نقاط تعیین‌شده شکل می‌دهند. مرحله هسته‌زایی، سنگ‌بنای این فرایند است؛ مرحله‌ای که بستر اولیه تشکیل ساختار بلوری را فراهم می‌کند و امکان رشد پوشش الماس با نظم کریستالی مطلوب را مهیا می‌سازد.

02

از 02

استفاده در صنعت

ویژگی کلیدی فناوری پوشش الماس، قابلیت انطباق آن با نیازهای صنعتی است؛ مزیتی که آن را به گزینه‌ای جدی برای تجاری‌سازی تبدیل می‌کند. پژوهشگران موفق شدند فرایند رشد را برای ویفرهای ۲ اینچی مقیاس‌دهی کنند. آنها با انتخاب هدفمند میان دو تکنیک بذرگذاری (فوتولیتوگرافی برای ایجاد الگوهای ظریف و با تفکیک‌پذیری بالا و فیلم‌های لیزربرش برای کاربردهای وسیع‌تر) نشان دادند که این فناوری انعطاف لازم را برای پاسخ‌گویی به سناریوهای تولید مختلف دارد. چنین قابلیتی بیانگر آمادگی این روش برای تولید انبوه است، که رویکردی عملی برای توسعه نسل آینده تجهیزات الکترونیکی با بهره‌وری انرژی بالاتر و عملکرد پردازشی برتر است.

برای مطالعه بیشتر: انقلاب در خنک‌سازی تراشه‌ها؛ «پتوی الماس» استنفورد دمای ترانزیستور را ۷۰ درجه کاهش می‌دهد

همچنین این فناوری با زیرلایه‌های متنوعی از جمله سیلیکون و نیترید گالیوم سازگار است و زیرساختی برای ادغام مدیریت حرارتی مبتنی بر الماس در طیف گسترده‌ای از فناوری‌های نیمه‌هادی فراهم می‌آورد. پولیکل آجیان، سرپرست پروژه تاکید کرد که دستاورد اصلی پژوهش، ارائه روشی کارآمد و قابل توسعه برای ادغام مستقیم خنک‌سازی الماسی در معماری تجهیزات الکترونیکی است. به گفته او، گرما عامل محدودکننده عمر باتری تلفن‌های همراه و سرعت پردازش رایانه‌ها است و به‌کارگیری پوشش الماس به‌ عنوان یک مسیر دفع حرارت پیشرفته، می‌تواند راه را برای فناوری‌هایی سریع‌تر، پایدارتر و بادوام‌تر هموار سازد. گام بعدی تیم تحقیقاتی، بهینه‌سازی پیوند میان لایه الماس و مدارهای زیرین است؛ اتصالی که در صورت تحقق کامل، امکان طراحی و ساخت ترانزیستورهای نسل آینده را با توان و سرعت بالاتر فراهم خواهد کرد.

نتایج این پژوهش در نشریه Applied Physics Letters منتشر شده است.