Алмазная теплопроводность арсенида бора для электроники

Алмазная теплопроводность арсенида бора для электроники

Конструкции современных ноутбуков или сотовых телефонов хороши массой полезных функций для пользователей. Однако слабым местом современного цифрового оборудования остаётся перегрев электронных компонентов. Достаточно на какое-то время запустить мощную игру на компьютере или приложение смартфона, чтобы наступил критический перегрев компонентов электронной платы.

Критический перегрев цифровой аппаратуры

Критическая граница тепла для того же компьютера имеет решающее значение. Перегретые микросхемы компьютера резко снижают производительность вычислений, а в иных случаях прекращают выполнять работу совсем. Перегрев отдельных элементов электрической схемы грозит нанести непоправимый урон технике в целом.

Принимая во внимание эту серьёзную проблему, специалисты Техасского университета Далласа в тесном сотрудничестве с представителями Университета штата Иллинойс и Университета Хьюстона представили некое решение проблемы. Подробности публикует журнал «Science».

Если же рассматривать предложение учёных вкратце, созданы кристаллы полупроводникового материала — арсенида бора, которые обладают чрезвычайно высокой степенью теплопроводности. Это одно из тех важных свойств, которыми материал характеризуется в плане транспорта (отвода) тепла.

Специалисты, занимающиеся этой разработкой, отмечают:

Мощная и небольшая по габаритам электроника ограничивает возможности использования металла для рассеивания (отвода) тепла. К тому же металл способен вызвать короткое замыкание. В мелких системах невозможно применять охлаждающие вентиляторы, так как это требует лишнего места. Поэтому нужен недорогой полупроводник, рассеивающий много тепла.

Львиная доля современных компьютерных чипов созданы на основе кремния — кристаллического полупроводникового материала, выполняющего теплоотводящую функцию.

Но кремний, в сочетании с другими технологиями охлаждения показывает далеко не удовлетворяющие параметры, особенно на высоких нагрузках.

Другое дело – алмаз, обладающий высокой степенью теплопроводности (2200 Вт/м/К). Для сравнения – кремний даёт 150 Вт/м/К.

Однако стоимость природных алмазов и структурные дефекты алмазных плёнок, изготовленных руками человека, делают этот материал нецелесообразным для широкого использования в электронике.

Алмаз и арсенид бора как теплоотводящие материалы

Между тем, ещё в 2013 году публиковались результаты исследования арсенида бора и алмаза, как сыпучих веществ, пригодных для работы в качестве теплоотводящих материалов.

Несколько позже (2015 год) специалисты успешно воспроизвели кристаллы арсенида бора. Правда, материал показал относительно низкую теплопроводность — 200 Вт/м/К.

Начиная с того момента, учёные работали над совершенством свойств теплопроводности арсенида бора. Потребовалось около трех лет, чтобы получить свойства теплопроводности —  1000 Вт/м/К. Такой параметр уступает только алмазу.

По словам исследователей, арсенид бора имеет большой потенциал для будущего электроники. Полупроводниковые свойства этого материала сопоставимы с кремнием, что никак не мешает включить арсенид бора в полупроводниковые приборы. Исследования продолжаются.


При помощи информации: UTD