美國科學家開發鉆石散熱層，可為設備降溫41華氏度

該技術為人工智能處理器、5G硬件和雷達等高功率電子設備的熱管理提供了一種高效的解決方案。

一項最初旨在為尊貴賓客制作裝飾性鉆石"貓頭鷹"的有趣實驗，現已演變為一種可規模化的電子設備制造工藝。

萊斯大學的研究人員開發了一種自下而上的方法，用于生長 patterned 的鉆石表面以冷卻電子設備。

該技術能夠將鉆石直接集成到設備中，使工作溫度降低23°C（41°F）。

這有助于延長設備壽命、提升性能，并提高5G、雷達和人工智能數據中心等技術的能效。

萊斯大學材料科學與納米工程助理研究教授張翔表示："在電子領域，熱量是頭號公敵。"

張翔補充說："降低23°C意義重大——它可以延長設備壽命，并允許設備在不發生過熱的情況下運行得更快。"

突破熱屏障

當前，人工智能處理器和5G硬件等高功率技術正受到嚴峻的熱管理挑戰的制約。

鉆石是熱管理領域無可爭議的冠軍材料，但它很難加工。它是地球上最堅硬的物質之一，這使得"自上而下"的方法——即先生長出一塊鉆石板，然后再嘗試雕刻——變得緩慢、昂貴，并且會損壞材料。

因此，研究人員正轉向"自下而上"的方法，以精確的、功能性的形式生長鉆石，使其能夠集成到電子設備中。

這種"自下而上"的工藝使用了微波等離子體化學氣相沉積。

它利用了光刻技術，這與用于在微芯片上印制微小圖案的技術相同。

研究人員在芯片表面創建一個"模板"，然后將納米鉆石"種子"撒在模板上。

當放入高能反應器時，碳原子如雨點般落下，附著在種子上，并在需要的位置生長成一層堅固的導熱層。

張翔說："這需要一個利用微波能量的反應器——就像廚房里的微波爐，但功率要大得多——將氣體轉化為等離子體。""這種等離子體分解與氫氣混合的重碳氣體，碳原子如雨點般落下，并沉積在你的襯底上。"

成核是生長鉆石至關重要的第一步，它充當"種子"，為碳原子組裝成晶體層提供必要的立足點。

可擴展的方案

這項技術的多功能性使其在工業應用中極具前景。

研究團隊通過策略性地在兩種播種技術之間進行選擇，成功地將他們的工藝擴展到2英寸晶圓：光刻技術用于高分辨率、復雜的設計，而激光切割薄膜則用于更大規模的應用。

這種靈活性證明該方法已準備好進行大規模生產，為構建未來節能、高性能的電子產品提供了一條切實可行的前進道路。

此外，該方法與各種基礎層兼容，例如硅和氮化鎵。它為在不同半導體技術中集成高性能鉆石熱管理提供了可擴展的基礎。

領導這項研究的普利克爾·阿賈揚說："主要的收獲是，我們找到了一種可擴展、有效的方法，將鉆石散熱集成到電子設備中。"

材料科學與納米工程教授阿賈揚解釋說："這之所以重要，是因為熱量限制了手機的電池壽命和計算機的速度。通過使用鉆石更有效地冷卻這些設備，我們可以為更快、更可靠、更耐用的技術鋪平道路。"

下一個目標是完善鉆石與底層電子設備之間的結合。成功創建這種無縫連接，將解鎖構建速度更快、功能更強大的下一代晶體管的能力。

該研究發表在《應用物理快報》上。

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