Un equipo de ingenieros de la Universidad de Illinois descubrió que el modelo utilizado actualmente para predecir la pérdida de calor en un material semiconductor común no se aplica en todas las situaciones. Al probar las propiedades térmicas de los semiconductores de nitruro de galio fabricados con cuatro métodos populares,El equipo descubrió que algunas técnicas producen materiales que funcionan mejor que otras. Esta nueva comprensión puede ayudar a los fabricantes de chips a encontrar formas de difundir mejor el calor que daña el dispositivo y reduce la vida útil del dispositivo.
Los chips de silicio están siendo llevados al límite para cumplir con las demandas de los dispositivos electrónicos actuales. El nitruro de galio, otro material semiconductor, es más adecuado para su uso en aplicaciones de alto voltaje y alta corriente como las que se necesitan para teléfonos 5G, "Internet decosas "dispositivos, robótica y vehículos autónomos. Los chips de nitruro de galio ya están en uso, pero no hay estudios sistemáticos que examinen las propiedades térmicas de las diversas formas del material, dijeron los investigadores. Sus hallazgos se publican en el Revista de Física Aplicada .
Los chips de nitruro de galio se producen depositando vapor de nitruro de galio en una superficie donde se cristaliza en un sólido, dijeron los investigadores.
"La composición y la estructura atómica de la superficie utilizada para cultivar los cristales influye en la cantidad de defectos en el producto final", dijo Can Bayram, profesor de ingeniería eléctrica e informática y autor principal del estudio. "Por ejemplo, cristales cultivadosen superficies de silicio producen un semiconductor con muchos defectos, lo que resulta en una conductividad térmica más baja y puntos calientes más calientes, porque las estructuras atómicas de silicio y nitruro de galio son muy diferentes ".
El equipo probó la conductividad térmica del nitruro de galio cultivado utilizando las cuatro técnicas de fabricación más importantes tecnológicamente: epitaxia en fase de vapor de hidruro, alta presión de nitruro, deposición de vapor sobre zafiro y deposición de vapor sobre silicio.
Para descubrir cómo las diferentes técnicas de fabricación influyen en las propiedades térmicas del nitruro de galio, el equipo midió la conductividad térmica, la densidad del defecto y la concentración de impurezas de cada material.
"Utilizando nuestros nuevos datos, pudimos desarrollar un modelo que describe cómo los defectos afectan las propiedades térmicas de los semiconductores de nitruro de galio", dijo Bayram. "Este modelo proporciona un medio para estimar la conductividad térmica de las muestras indirectamente usando datos de defectos,que es más fácil que medir directamente la conductividad térmica "
El equipo descubrió que el silicio, el más económico de todas las superficies que se utilizan para cultivar nitruro de galio, produce cristales con la mayor densidad de defectos de los cuatro métodos de fabricación populares. La deposición sobre zafiro hace un mejor cristal con mayor conductividad térmica yDensidad de defecto más baja, pero este método no es tan económico. Las técnicas de epitaxia de vapor de hidruro y alta presión de nitruro producen productos superiores en términos de propiedades térmicas y densidad de defectos, pero los procesos son muy caros, dijo Bayram.
Los chips a base de nitruro de galio que usan cristales cultivados en silicio son probablemente adecuados para el mercado de productos electrónicos de consumo, donde el costo y la accesibilidad son clave, dijo. Sin embargo, los dispositivos de grado militar que requieren una mayor confiabilidad se beneficiarán de los chips fabricados con másprocesos caros.
"Estamos tratando de crear un sistema de mayor eficiencia para que podamos aprovechar más nuestros dispositivos, tal vez uno que pueda durar 50 años en lugar de cinco", dijo Bayram. "Comprender cómo se disipa el calor nos permitirá rediseñar los sistemaspara ser más resistente a los puntos calientes. Este trabajo, realizado completamente en la U. de I., sienta las bases en la gestión térmica de los dispositivos semiconductores basados en nitruro de galio tecnológicamente importantes ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, Oficina de Noticias . Original escrito por Lois Yoksoulian. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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