纳米夹层可改善传热 防止纳米电子学过热

夹持在它们的三维硅基底和铝氧化物的超薄层之间的纳米电子装置中使用的二维材料可以显著减少部件失效由于过热的风险，根据发表在杂志上的新的研究先进材料由研究人员领导在伊利诺伊大学芝加哥工程学院。

今天的许多硅基电子元件都含有二维材料，如石墨烯。将石墨烯(由单个原子厚的碳原子层组成)等二维材料加入到这些组件中，使它们比使用传统的3D材料制作的要小几个数量级。此外，2D材料还可以实现其他独特功能。但是具有2D材料的纳米电子元件具有跟腱 - 它们易于过热。这是因为从2D材料到硅基底的导热性差。

“在纳米电子学领域，二维材料散热不良已成为充分发挥其在保持功能性的同时制造更小电子产品的潜力的瓶颈，”机械和工业工程副教授Amin Salehi-Khojin说。在UIC的工程学院。

2D材料不能有效地将热量传递给硅的原因之一是2D材料与晶体管之类的硅之间的相互作用相当弱。

“2D材料与硅基板之间的键合不是很强，因此当2D材料中的热量积聚时，会产生热点，导致过热和设备故障，”UIC工程学院研究生Zahra Hemmat解释道。该论文的共同第一作者。

为了增强2D材料和硅基底之间的连接以改善从2D材料到硅的导热性，工程师们已经尝试在2D层的顶部添加额外的超薄材料层 - 实际上用硅基和超薄材料制作“纳米三明治”作为“面包”。

“通过在2D材料上添加另一个'封装'层，我们能够将2D材料和硅基底之间的能量转移加倍，”Salehi-Khojin说道。

Salehi-Khojin及其同事创造了一种实验晶体管，其中使用氧化硅作为基底，碳化物作为2D材料，氧化铝作为封装材料。在室温下，研究人员发现，添加氧化铝层与没有氧化铝层相比，从碳化物到硅基底的热传导率是其两倍。

“虽然我们的晶体管是一个实验模型，但它证明了通过在这些2D纳米电子学中添加额外的封装层，我们可以显着增加向硅基底的热传递，这将通过减少这些元件来保护这些元件的功能。他们烧坏的可能性，“Salehi-Khojin说。“我们接下来的步骤将包括测试不同的封装层，看看我们是否可以进一步改善传热。”