Dar vienas proveržis taikant deimantą puslaidininkių srityje

Tobulėjant dirbtinio intelekto technologijai, integrinių grandynų funkcijų dydžiai nuolat mažėja, o integracijos tankis ir toliau didėja, todėl gerokai padidėja įrenginio{0}}lygio šilumos srautas. Šiuo metu elektroninių lustų šilumos srauto tankis yra pasiekęs maždaug 1000 W/cm², o vietiniai karštieji taškai viršija tūkstančius W/cm². Jei šios šilumos nepavyks efektyviai išsklaidyti, prietaiso temperatūra pakils, našumas sumažės, stabilumas ir patikimumas, o kraštutiniais atvejais įvyks gedimas arba terminis perdegimas.

 

Mikrokanaliniai aušintuvai tapo populiaria technologija dėl didelio šiluminio efektyvumo, kompaktiškos struktūros ir lengvo sistemos integravimo. Tačiau jie susiduria su tokiais iššūkiais kaip padidėjęs slėgio kritimas dėl jų geometrinės konfigūracijos ir sunku išlaikyti paviršiaus savybes aukštoje temperatūroje. Deimantas, pasižymintis itin dideliu šilumos laidumu (1000{4}}2200 W/(m・K)), aukšta lydymosi temperatūra ir elektros izoliacinėmis savybėmis, AlN substratai su šilumos laidumo ir šiluminio plėtimosi koeficiento pranašumais ir Pt plonos plėvelės, pasižyminčios dviguba šildymo ir temperatūros matavimo galimybėmis, yra pagrindinės medžiagos optimizuojant mikrokanalų aušinimo sistemas. Tikslas yra sukurti nevienalyčių medžiagų integruotą aušinimo sprendimą, pagrįstą CVD-DMC, kad būtų galima išspręsti didelio šilumos srauto šilumos valdymo iššūkius.

 

Hu Dinghua iš Nankino mokslo ir technologijos universiteto, bendradarbiaudamas su Quanfeng Zhou komanda iš Kinijos inžinerinės fizikos akademijos Mikrosistemos ir Terahertz tyrimų centro, neseniai pasiūlė cheminio garų nusodinimo (CVD) deimantų mikrokanalų{0}}pagrįstą heterogeninių medžiagų integruoto aušinimo (DMC) sprendimą. Naudodami modeliavimo ir eksperimentinių metodų derinį, jie sistemingai tyrė jo šilumos perdavimo efektyvumą itin -didelio šilumos srauto sąlygomis. Tyrimas, pavadintas „Eksperimentinis ir skaitmeninis CVD deimantinio mikrokanalinio aušinimo tyrimas naudojant didelio šilumos srauto nevienalyčių medžiagų -integruotus štampus“, buvo paskelbtas Tarptautiniame šilumos ir masės perdavimo žurnale.

 

Tyrime buvo integruoti CVD deimantiniai mikrokanalai su aliuminio nitrido (AlN) substratu, ant kurio buvo pagamintos įvairios geometrijos briaunų struktūros, naudojant femtosekundinį lazerinį apdirbimą. Tyrimo metu pagrindinis dėmesys buvo skiriamas stačiakampių, apskritų ir rombo formos briaunų šilumos perdavimo ir srauto charakteristikų palyginimui, siekiant nustatyti optimalius konstrukcijos parametrus. Tyrimo metu pirmą kartą buvo lyginamas tos pačios struktūros deimantų ir silicio mikrokanalų šilumos išsklaidymas. Esant 1100 W/cm² šilumos srautui, maksimali deimantinio mikrokanalo temperatūra buvo maždaug 30 laipsnių žemesnė nei silicio kanalo, o tai rodo puikias šilumos laidumo ir difuzijos galimybes. Trijų briaunų struktūrų palyginimas rodo, kad rombo -formos briaunų struktūra užtikrina puikų šilumos valdymo efektyvumą. Esant 144 ml/min srauto greičiui, rombo formos briaunelės mėginys pasiekė maksimalią maždaug 66 laipsnių temperatūrą, žemesnę nei apskritų ir tiesių briaunų temperatūra. Deimanto -formos struktūra efektyviai ardo ribinį sluoksnį, skatina skysčių maišymąsi ir pagerina vietinį šilumos perdavimo koeficientą; tačiau tai lemia ir šiek tiek didesnį slėgio kritimą. Našumo vertinimo indeksas (PEC) rodo, kad deimanto formos struktūra užtikrina optimalų šilumos perdavimo ir energijos suvartojimo pusiausvyrą.

 

Tyrimo rezultatai pateikia naujas didelio{0}}šilumos-srauto elektroninių pakuočių, maitinimo įrenginių ir AI lustų aušinimo strategijas. Dėl didelio deimantinių mikrokanalių šilumos laidumo ir elektros izoliacijos savybių jie yra perspektyvūs ateityje naudoti duomenų centruose, radijo dažnių moduliuose ir 3D pakuotėse.