(PhysOrg.com) -- Université de Californie, Riverside, professeur de génie électrique et titulaire de la chaire de science et d'ingénierie des matériaux, Alexander Balandin dirige plusieurs projets visant à explorer les moyens d'utiliser les capacités uniques des « courtepointes » en graphène. comme conducteurs de chaleur dans l'électronique haute puissance.

Université de Californie, Le professeur Riverside (UCR) de génie électrique et titulaire de la chaire de science et d'ingénierie des matériaux Alexander Balandin dirige plusieurs projets visant à explorer les moyens d'utiliser les capacités uniques des « courtepointes » en graphène comme conducteurs de chaleur dans l'électronique haute puissance.

Le graphène est un cristal de carbone d'un seul atome d'épaisseur récemment découvert, qui révèle de nombreuses propriétés uniques. Dans les dessins de Balandin, Les « courtepointes » en graphène (réseaux de flocons de graphène qui se chevauchent sur de grandes surfaces) joueront un rôle tout à fait opposé à celui des courtepointes de votre grand-mère. Ils enlèveront la chaleur au lieu de la retenir.

Son travail sur les revêtements thermoconducteurs de graphène pour l'élimination de la chaleur des transistors au nitrure de gallium haute puissance est financé par un financement de 420 $ récemment attribué, 000 bourses de l'Office of Naval Research (ONR) des États-Unis. Il vise à une démonstration expérimentale de preuve de concept qui sera menée dans le Nano-Device Laboratory (NDL) de Balandin.

En plus de la subvention de l'ONR, Balandin a obtenu un nouveau contrat de sous-traitance de trois ans avec l'Interconnect Focus Center (IFC), basé au Georgia Institute of Technology, qui traite des interconnexions de graphène et des dissipateurs de chaleur pour l'électronique tridimensionnelle (3-D). Selon la feuille de route technologique internationale pour les semi-conducteurs, dans les cinq prochaines années, jusqu'à 80 % de la puissance du microprocesseur sera consommée par le câblage d'interconnexion, un moteur pour la recherche de nouveaux matériaux d'interconnexion et de méthodes innovantes d'élimination de la chaleur.

Un autre contrat de sous-traitance récemment attribué à Balandin est avec le centre Functional Engineered Nano Architectonics (FENA) basé à UCLA. Dans ce centre, il étudie les problèmes de dissipation d'énergie dans les nanostructures et les nanodispositifs de graphène. Le nouveau financement combiné obtenu par Balandin ce mois-ci pour les trois projets dépasse 1 million de dollars. Le financement des centres provient de la Semiconductor Research Corporation (SRC) et de la Defense Advanced Research Project Agency (DARPA).

La plupart des recherches actuelles sur le graphène se sont concentrées sur ses propriétés électroniques et le potentiel du graphène pour les nano-circuits à grande vitesse. En raison de sa structure unique, les électrons se déplacent à des vitesses extrêmement élevées tout au long de celui-ci.

Balandin se concentre sur une autre des propriétés remarquables du graphène :sa conductivité thermique extraordinairement élevée, qui peut être utilisé pour l'élimination de la chaleur dans l'électronique à l'échelle nanométrique et 3D. La vitesse plus élevée, des densités de puissance plus élevées et une résidence thermique accrue dans les appareils de pointe entraînent le développement de points chauds, dégradation des performances et claquage thermique. L'approche basée sur le graphène proposée par Balandin pour la gestion thermique représente un changement radical par rapport aux méthodes conventionnelles et pourrait conduire à la création d'une nouvelle technologie pour l'étalement des points chauds.

Parce que le graphène n'a qu'une molécule d'épaisseur, il ne se prêtait pas aux méthodes traditionnelles de mesure de la conductivité thermique. Balandin a dirigé une équipe de chercheurs qui l'a mesuré pour la première fois à l'aide d'une technique non conventionnelle originale en 2008. La procédure impliquait une approche sans contact sur la base de la spectroscopie Raman utilisant la diffusion inélastique de photons (lumière) par des phonons (vibrations cristallines). La puissance dissipée dans le graphène et l'élévation de température correspondante ont été détectées par des décalages extrêmement faibles de la longueur d'onde de la lumière diffusée par le graphène. C'était suffisant pour extraire les valeurs de la conductivité thermique grâce à une procédure mathématique élaborée.

Le groupe de recherche de Balandin a découvert que la conductivité thermique des grandes feuilles de graphène en suspension varie d'environ 3000 à 5300 W/mK (watts par mètre par degré Kelvin) près de la température ambiante. Ce sont des valeurs très élevées, qui dépassent celles des nanotubes de carbone (3, 000-3, 500 W/mK) et diamant (1, 000-2, 200 W/mK).

À la suite de ses découvertes, Balandin a proposé plusieurs approches innovantes à base de graphène pour la gestion thermique, ce qui pourrait conduire à la création d'une nouvelle technologie pour le refroidissement local et la propagation des points chauds dans les puces à haute densité de puissance et ultra-rapides. Une description détaillée des recherches de Balandin sur le graphène et la gestion thermique se trouve dans son article invité de vulgarisation scientifique, "Se détendre, » dans le numéro d'octobre 2009 de Spectre IEEE , le magazine de l'Institut des ingénieurs électriciens et électroniciens (IEEE).