Intercalar materiales bidimensionales utilizados en dispositivos nanoelectrónicos entre sus bases de silicio tridimensionales y una capa ultrafina de óxido de aluminio puede reducir significativamente el riesgo de falla de los componentes debido al sobrecalentamiento, según un nuevo estudio publicado en la revista de Materiales avanzados dirigido por investigadores de la Universidad de Illinois en Chicago College of Engineering.
Muchos de los componentes electrónicos actuales basados en silicio contienen materiales 2D como el grafeno. La incorporación de materiales 2D como el grafeno, que está compuesto de una capa de átomos de carbono de un solo átomo de espesor, en estos componentes les permite tener varios órdenes demagnitud menor que si estuvieran hechas con materiales 3D convencionales. Además, los materiales 2D también permiten otras funcionalidades únicas. Pero los componentes nanoelectrónicos con materiales 2D tienen un talón de Aquiles, son propensos al sobrecalentamiento. Esto se debe a la mala conductancia del calor.desde materiales 2D hasta la base de silicio.
"En el campo de la nanoelectrónica, la pobre disipación de calor de los materiales 2D ha sido un cuello de botella para realizar plenamente su potencial para permitir la fabricación de productos electrónicos cada vez más pequeños mientras se mantiene la funcionalidad", dijo Amin Salehi-Khojin, profesor asociado de mecánica y mecánica.Ingeniería industrial en la Facultad de Ingeniería de la UIC.
Una de las razones por las que los materiales 2D no pueden transferir eficientemente el calor al silicio es que las interacciones entre los materiales 2D y el silicio en componentes como los transistores son bastante débiles.
"Los enlaces entre los materiales 2D y el sustrato de silicio no son muy fuertes, por lo que cuando el calor se acumula en el material 2D, crea puntos calientes que causan sobrecalentamiento y fallas del dispositivo", explicó Zahra Hemmat, un estudiante graduado en la Universidad de UICIngeniero y co-primer autor del artículo.
Con el fin de mejorar la conexión entre el material 2D y la base de silicio para mejorar la conductancia del calor lejos del material 2D en el silicio, los ingenieros han experimentado agregando una capa ultra delgada adicional de material en la parte superior de la capa 2D -en efecto creando un "nano-sandwich" con la base de silicio y material ultrafino como el "pan".
"Al agregar otra capa de 'encapsulación' en la parte superior del material 2D, hemos podido duplicar la transferencia de energía entre el material 2D y la base de silicio", dijo Salehi-Khojin.
Salehi-Khojin y sus colegas crearon un transistor experimental usando óxido de silicio para la base, carburo para el material 2D y óxido de aluminio para el material encapsulante. A temperatura ambiente, los investigadores vieron que la conductancia del calor del carburo al siliciola base era dos veces más alta con la adición de la capa de óxido de aluminio que sin ella.
"Si bien nuestro transistor es un modelo experimental, demuestra que al agregar una capa encapsulante adicional a estas nanoelectrónicas 2D, podemos aumentar significativamente la transferencia de calor a la base de silicio, lo que contribuirá en gran medida a preservar la funcionalidad de estos componentes alreduciendo la probabilidad de que se quemen ", dijo Salehi-Khojin." Nuestros próximos pasos incluirán probar diferentes capas de encapsulación para ver si podemos mejorar aún más la transferencia de calor ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Illinois en Chicago . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :