Alors que les diamants peuvent être le meilleur ami d'une fille, ils sont également très appréciés des scientifiques qui s'efforcent d'améliorer les performances des appareils électroniques. Deux nouvelles études réalisées à Argonne ont révélé une nouvelle voie permettant aux scientifiques des matériaux d'utiliser les propriétés jusqu'alors inexplorées des couches minces de diamant nanocristallin.
(PhysOrg.com) - Alors que les diamants peuvent être le meilleur ami d'une fille, ils sont également très appréciés des scientifiques qui s'efforcent d'améliorer les performances des appareils électroniques.
Deux nouvelles études réalisées au laboratoire national d'Argonne du département américain de l'Énergie ont révélé une nouvelle voie pour les scientifiques des matériaux d'utiliser les propriétés jusqu'alors inexplorées des couches minces de diamant nanocristallin. Alors que les propriétés des couches minces de diamant sont relativement bien comprises, la nouvelle découverte pourrait améliorer considérablement les performances de certains types de circuits intégrés en réduisant leur « budget thermique ».
Depuis des décennies, les ingénieurs ont cherché à construire des appareils électroniques plus efficaces en réduisant la taille de leurs composants. En train de le faire, cependant, les chercheurs ont atteint un « goulet d'étranglement thermique, " a déclaré Anirudha Sumant, nanoscientifique d'Argonne.
Dans un goulot d'étranglement thermique, l'excès de chaleur généré dans l'appareil provoque des effets indésirables qui affectent ses performances. "À moins que nous ne trouvions des moyens innovants pour aspirer la chaleur de nos appareils électroniques, nous sommes à peu près coincés avec ce goulot d'étranglement, " expliqua Sumant.
Les propriétés thermiques inhabituellement attrayantes des films minces de diamant ont conduit les scientifiques à suggérer d'utiliser ce matériau comme dissipateur thermique qui pourrait être intégré à un certain nombre de matériaux semi-conducteurs différents. Cependant, les températures de dépôt des films de diamant dépassent généralement 800 degrés Celsius, soit environ 1500 degrés Fahrenheit, ce qui limite la faisabilité de cette approche.
"Le nom du jeu est de produire des films de diamant à la température la plus basse possible. Si je peux faire pousser les films à 400 degrés, il me permet d'intégrer ce matériau à toute une gamme d'autres matériaux semi-conducteurs, " dit Sumant.
En utilisant une nouvelle technique qui a modifié le processus de dépôt des films de diamant, Sumant et ses collègues du Center for Nanoscale Materials d'Argonne ont pu à la fois réduire la température à près de 400 degrés Celsius et ajuster les propriétés thermiques des films de diamant en contrôlant la taille de leurs grains. Cela a permis la combinaison éventuelle du diamant avec deux autres matériaux importants :le graphène et le nitrure de gallium.
Selon Sumant, le diamant a de bien meilleures propriétés de conduction thermique que le silicium ou l'oxyde de silicium, qui étaient traditionnellement utilisés pour la fabrication de dispositifs en graphène. Grâce à une meilleure évacuation de la chaleur, Les dispositifs au graphène fabriqués sur du diamant peuvent supporter des densités de courant beaucoup plus élevées.
Dans l'autre étude, Sumant a utilisé la même technologie pour combiner des couches minces de diamant avec du nitrure de gallium, qui est largement utilisé dans les dispositifs électroluminescents (DEL) haute puissance. Après dépôt d'un film de diamant de 300 nm d'épaisseur sur un substrat de nitrure de gallium, Sumant et ses collègues ont remarqué une amélioration considérable des performances thermiques. Parce qu'une différence de quelques degrés au sein d'un circuit intégré peut entraîner un changement notable des performances, il a qualifié ce résultat de "remarquable".
"Le lien commun entre ces expériences est que nous trouvons de nouvelles façons de dissiper la chaleur plus efficacement tout en utilisant moins d'énergie, qui est la clé, ", a déclaré Sumant. "Ces processus sont cruciaux pour l'industrie alors qu'ils cherchent des moyens de surmonter les limites conventionnelles des circuits semi-conducteurs et de poursuivre la prochaine génération d'électronique."
Les résultats des deux études ont été rapportés dans Lettres nano et Matériaux fonctionnels avancés . Ces deux études ont été menées en collaboration avec le professeur Alexander Balandin de l'Université de Californie-Riverside et ses étudiants diplômés Jie Yu, Guanxiong Liu et le Dr Vivek Goyal, un doctorat récent. diplômé.
Le financement de la recherche menée au Center for Nanoscale Materials a été fourni par le programme Basic Energy Sciences de l’Office of Science du département américain de l’Énergie.
