Alors que l'électronique grand public devient de plus en plus compacte, tout en bénéficiant d'une puissance de traitement accrue, la nécessité de gérer la chaleur perdue des microcircuits est devenue une préoccupation majeure.

Certains instruments scientifiques et machines à l'échelle nanométrique nécessitent un examen attentif de la manière dont la chaleur localisée sera évacuée de l'appareil afin d'éviter tout dommage.

Un certain refroidissement se produit lorsque la chaleur est rayonnée sous forme d'ondes électromagnétiques, de la même manière que la puissance du soleil atteint la Terre à travers le vide de l'espace. Cependant, le taux de transfert d'énergie peut être trop lent pour protéger les performances des circuits électroniques intégrés sensibles et densément emballés.

Pour que la prochaine génération d'appareils soit développée, de nouvelles approches devront peut-être être établies pour résoudre ce problème de transmission de chaleur.

Dans une étude récemment publiée dans la revue Physical Review Letters , des chercheurs de l'Institut des sciences industrielles de l'Université de Tokyo, ont montré comment le taux de transfert de chaleur radiatif peut être doublé entre deux plaques de silicium à micro-échelle séparées par un minuscule espace.

La clé consistait à utiliser un revêtement de dioxyde de silicium qui créait un couplage entre les vibrations thermiques de la plaque à la surface (appelées phonons) et les photons (qui constituent le rayonnement).

"Nous avons pu montrer théoriquement et expérimentalement comment les ondes électromagnétiques étaient excitées à l'interface de la couche d'oxyde, ce qui augmentait le taux de transfert de chaleur", explique l'auteur principal de l'étude, Saeko Tachikawa.

La petite taille des couches par rapport aux longueurs d'onde de l'énergie électromagnétique et leur fixation sur la plaque de silicium, qui transporte l'énergie sans perte, ont permis à l'appareil de dépasser les limites normales de transfert de chaleur et ainsi de refroidir plus rapidement.

La microélectronique actuelle étant déjà basée sur le silicium, les résultats de cette recherche pourraient être facilement intégrés dans les futures générations de dispositifs semi-conducteurs.

"Nos travaux donnent un aperçu des stratégies possibles de gestion de la dissipation thermique dans l'industrie des semi-conducteurs, ainsi que dans divers autres domaines connexes tels que la fabrication nanotechnologique", explique l'auteur principal, Masahiro Nomura.

La recherche contribue également à établir une meilleure compréhension fondamentale du fonctionnement du transfert de chaleur à l'échelle nanométrique, puisqu'il s'agit toujours d'un domaine de recherche actif.