Это становится особенно важным в устройствах из нитрида галлия. «Нитрид галлия способен выдерживать высокие напряжения и может обеспечивать более высокую мощность и очень большую полосу пропускания», — говорит Йонг Хан из Института микроэлектроники Агентства по науке, технологиям и исследованиям Сингапура (A * STAR). «Но в микросхеме транзистора из нитрида галлия тепло концентрируется на крошечных участках, образуя несколько горячих точек». Это усугубляет проблему нагрева.
Хан и его коллеги экспериментально и численно продемонстрировали, что слой алмаза может распространять тепло и улучшать тепловые характеристики устройств из нитрида галлия.Исследователи создали чип для тепловых испытаний, который содержал восемь крошечных горячих точек, каждая размером 0,45 на 0,3 миллиметра, для генерации тепла, создаваемого в реальных устройствах. Они прикрепили этот чип к слою высококачественного алмаза, изготовленного с использованием метода, называемого химическим осаждением из паровой фазы.
Алмазный теплораспределитель и испытательный чип были соединены с использованием процесса термического сжатия. Затем он был подключен к микрокулеру, устройству, состоящему из ряда каналов шириной в микрометр и решетки микроструй.
Вода попадает на стенку источника тепла, а затем проходит через микроканалы, отводя тепло и сохраняя конструкцию в прохладе.Хан и его команда испытали свое устройство, генерируя мощность нагрева 10–120 Вт на тестовых чипах толщиной 100 и 200 микрометров.
Чтобы рассеять тепловую мощность, алмазный теплораспределительный слой и микроохладитель помогли поддерживать температуру конструкции ниже 160 градусов по Цельсию. Фактически, максимальная температура чипа была на 27,3% ниже, чем у другого устройства, использующего медь в качестве слоя распределения тепла, и более чем на 40% ниже, чем у устройства без слоя распределения.Результаты экспериментов были дополнительно подтверждены тепловым моделированием.
Моделирование также показало, что рабочие характеристики могут быть дополнительно улучшены за счет увеличения толщины алмазного слоя, и что хорошее качество соединения между стружкой из нитрида галлия и алмазным теплораспределителем имеет решающее значение для достижения наилучших характеристик.«Затем мы надеемся разработать новый охладитель микрожидкостей с более высокой и более равномерной охлаждающей способностью, а также добиться управления температурой с использованием алмазного слоя с высокой теплопроводностью рядом с электронным затвором», — говорит Хан.