|
熱管理已迅速成為電氣工程師面臨的最重要問題之一。隨著電子設備功率的增加，它們產生的熱能也隨之增加。高性能要求材料能夠吸收和散發熱量，防止損壞敏感電子元件，并確保它們有效運行。
通常，具有高功率密度的電子產品制造商使用金剛石或碳化硅等基板來管理晶體管等半導體產生的熱量。現在，研究人員發現了一種新材料，可以更有效地從熱點吸收熱量。在實踐中，這種材料可以幫助電子制造商確保設備性能和能源效率的顯著改進。它可以確保更快、更便宜的電子設備的持續發展。
更好的熱管理對電力電子行業意味著什么
通過將晶體管幾何尺寸縮小到納米級，制造商可以提供具有高晶體管密度的芯片，以提高性能但也會產生大量熱量。如果沒有某種熱管理系統，這些計算機芯片就會過熱、變慢并且變得不可靠。隨著時間的推移，熱應力也會損壞它們，導致過早失效。
性能遠優于尖端材料的熱基板可以確保電子行業與理論摩爾定律的增長保持同步，繼續我們在過去幾十年中所期望的處理能力的增長。
砷化硼成為半導體的潛在熱基板
2018 年，加州大學洛杉磯分校(UCLA)和歐文材料研究所的研究人員在胡永杰副教授的帶領下，在他們的實驗室中開發了無缺陷的砷化硼(BA)。他們的研究結果表明，它在吸熱和散熱方面比傳統半導體材料更有效。
現在，研究團隊通過將BA直接集成到尖端的高功率氮化鎵(GaN)基高電子遷移率晶體管(HEMT)中，首次展示了BA的實際有效性。該團隊的研究結果于2021年6月發表在Nature Electronics上，展示了這些基板如何在高功率密度應用中比最先進的熱管理材料更有效。
為了評估具有BA的GaN HEMT的熱管理性能，研究團隊將這些結構與具有兩種傳統熱襯底、金剛石和碳化硅(SiC)的GaN HEMT進行了比較。
在15瓦/毫米的功率密度下，帶有砷化硼襯底的GaN HEMT的熱量從室溫最高增加到188F。帶有金剛石鋸的GaN HEMT升高到278F，而帶有碳化硅的HEMT基板都看到增長到332F左右。
據該團隊稱，結果表明，使用BAs襯底的設備比使用傳統襯底的設備能夠承受更高的工作功率。研究人員將BAs基板的性能改進歸因于該材料的高導熱性和低熱邊界電阻。材料的電阻越低，它就越容易吸收和散發熱量，有助于提高熱管理能力。
BA的熱導率可高達每米開爾文1300瓦(W/(m·K))，而金剛石的導熱系數約為2300 W/(m·K)。導熱率越高越好，但極低的熱邊界電阻意味著該材料可以在冷卻半導體方面提供更好的性能。
根據呂冰博士的說法，盡管BA含有砷，但當砷與砷化硼等化合物結合時，它會變得穩定且無毒。Lv是德克薩斯大學達拉斯分校的物理學教授和研究員，他還探索了砷化硼在熱管理方面的潛力，并領導了首批合成純度足以用作基材的砷化硼的研究小組之一。
因此，在高性能電子產品中，BA被認為與碳化硅或金剛石一樣安全。此外，BAs的合成和加工成本也相對較低，因此制造成本不應成為采用該材料的障礙。
即便如此，還需要更多的研究。在工程師致力于開發BA這樣的新型材料之前，他們必須充分了解材料的電子特性并確保它們的性能符合規范。盡管如此，如果研究繼續證明這種材料的有效性，砷化硼可能會在不久的將來對電子產品產生重大影響。
原文鏈接：https://www.xianjichina.com/special/detail_497497.html
來源：賢集網
著作權歸作者所有。商業轉載請聯系作者獲得授權，非商業轉載請注明出處。 |
魯公網安備 37010202001033號