Lorsque nous pensons à la technologie moderne dans notre vie quotidienne, Téléphone (s, comprimés, et ordinateurs portables, viennent immédiatement à l'esprit. L'utilisation de ces appareils électroniques pendant de longues périodes entraîne un problème familier :la surchauffe. Comme l'électronique est devenue plus petite, se débarrasser de la chaleur est devenu plus difficile et plus nécessaire.

Tout le monde a senti son téléphone se réchauffer dans la paume de sa main en jouant à un jeu ou a dû déplacer son ordinateur d'un ordinateur à l'autre pour échapper à la sensation de brûlure d'une session de navigation trop longue. Typiquement, la chaleur est évacuée par le bas des transistors (dispositifs à semi-conducteurs) qui composent les appareils électroniques; cependant, des recherches du College of Engineering de l'Université Carnegie Mellon ont montré que la partie supérieure du transistor offre une voie supplémentaire d'évacuation de la chaleur.

Les chercheurs ont combiné des approches analytiques et des simulations de matériaux atomistiques (matériaux de modélisation au niveau atomique sur ordinateur) pour développer une nouvelle théorie prédictive pour quantifier l'élimination de la chaleur de la face supérieure d'un transistor. Le travail a été mené par Jonathan Malen et Alan McGaughey, professeurs de génie mécanique, et Ph.D. étudiant Henry Aller. Les résultats ont été publiés dans Examen physique appliqué .

"Il existe une méthode conventionnelle pour évacuer la chaleur de l'électronique, qui passe par le bas, " a déclaré McGaughey. "Pour le faire sortir par le haut, il faut passer d'un semi-conducteur à un métal. Le métal a une fonction dans ces appareils, qui est de fournir l'électricité; mais il a également le potentiel d'aider à éliminer la chaleur. Les métaux ont généralement été choisis en tenant compte des aspects électriques, mais pas les aspects thermiques."

Le problème avec cette approche est que les métaux sont actuellement préférés pour leurs propriétés électriques et leur stabilité à partir d'interfaces avec des semi-conducteurs qui présentent une grande résistance à l'évacuation de la chaleur. Une mauvaise évacuation de la chaleur entraîne des températures de fonctionnement élevées et une durée de vie plus courte. Les recherches de l'équipe suggèrent que l'utilisation de deux couches de métal, avec une sélection rigoureuse de la composition et de l'épaisseur de la couche intermédiaire, peut diminuer la résistance à l'élimination de la chaleur.

Leur modèle permettra de rationaliser le développement de dispositifs thermiquement efficaces. McGaughey a ajouté, "L'un des résultats de ce travail est que nous pouvons maintenant explorer efficacement comment choisir les métaux à mettre sur l'électronique, pour augmenter l'évacuation de la chaleur tout en maintenant une fonctionnalité électrique normale.

Bien que l'application de leurs recherches puisse être immédiatement pertinente pour l'électronique haute puissance utilisée pour les technologies de communication, McGaughey a déclaré qu'il aura une large gamme d'utilisation.

Malgré la complexité des détails, McGaughey pense que l'équation finale, qui décrit mathématiquement la physique fondamentale et a été validé par rapport à plus de 100 expériences existantes, est facile à utiliser, se prêtant à une expansion et à des recherches futures.