مهندسی در مقیاس میکرو برای کاهش دما در قطعات الکترونیکی

پژوهشگران با ارائه یک معماری میکرومقیاس موفق شدند راهبردی برای مدیریت بهتر گرما در قطعات الکترونیکی ارائه کنند.

هرچه ادوات الکترونیکی مصرفی جمع و جورتر می‌شود، در حالی که قدرت پردازش آن‌ها افزایش می‌یابد، نیاز به مدیریت گرما در میکرومدارها افزایش یافته و حتی به یک نگرانی تبدیل می‌شود.

برخی از ابزارهای علمی و دستگاه‌های نانومقیاس نیاز به بررسی دقیق چگونگی خارج شدن گرما دارند تا از آسیب به چنین دستگاه‌های جلوگیری شود.

برخی از خنک‌سازی‌ها زمانی رخ می‌دهد که گرما به صورت امواج الکترومغناطیسی خارج می‌شود، چیزی شبیه به نحوه رسیدن انرژی خورشید از طریق خلاء به زمین. با این حال، این میزان انتقال انرژی برای محافظت از عملکرد مدارهای الکترونیکی یکپارچه حساس و متراکم ممکن است کافی نباشد. برای نسل بعدی دستگاه‌هایی که باید توسعه یابد، رسیدگی به مسئله انتقال گرما، نیازمند رویکردهای جدید است. در مقاله‌ای با عنوان Enhanced Far-field Thermal Radiation through a Polaritonic Waveguide که در نشریه Physical Review Letters منتشر شده است محققان موسسه علوم صنعتی در دانشگاه توکیو، نشان دادند که چگونه می‌توان میزان انتقال حرارت تابشی را بین دو صفحه سیلیکونی میکرومقیاس دو برابر کرد. این کار با استفاده از ایجاد یک شکاف بین دو صفحه صورت می‌گیرد. کلید اصلی در موفقیت این پروژه، یک پوشش از جنس دی‌اکسیدسیلیکون است که بین ارتعاشات حرارتی دو صفحه (به نام فنون ها) و فوتون‌ها پلی ایجاد می‌کند.

سائکو تاچیکاوا از محققان این پروژه می‌گوید: «ما توانستیم از نظر تئوری و عملی نشان دهیم که چگونه امواج الکترومغناطیسی در سطح لایه‌های اکسید برانگیخته می‌شود که این باعث افزایش سرعت انتقال حرارت می‌شود.»

اندازه کوچک لایه‌ها در مقایسه با و اتصال آن به صفحه سیلیکون به دستگاه اجازه می‌دهد تا از حد طبیعی انتقال حرارت فراتر رفته و در نتیجه سریع‌تر خنک شود.

از آنجا که قطعات میکروالکترونیک فعلی مبتنی بر سیلیکون هستند، یافته‌های این تحقیق می‌تواند به راحتی در نسل‌های آینده دستگاه‌های نیمه‌هادی استفاده شود.

ماساهیرو نومورا از محققان این پروژه می‌گوید: «کار ما در تازه‌ای در مورد راهبردهای احتمالی مدیریت اتلاف گرما در صنعت نیمه‌هادی باز می‌کند. این تحقیق همچنین به ایجاد درک اساسی بهتر از نحوه انتقال گرما در سطح نانو کمک می‌کند.»