La miniaturización de la electrónica ha puesto la capacidad informática de alta potencia en manos de la gente común, pero la reducción en curso de los circuitos integrados está desafiando a los ingenieros a encontrar nuevas formas de evitar el sobrecalentamiento de los componentes.

Científicos de la Universidad de California, Irvine hizo un gran avance recientemente al verificar una nueva configuración de material para facilitar el enfriamiento. En un estudio de la revista Nanotecnología , Los miembros del Grupo de Investigación de Energía Nano Térmica de la UCI destacan los atributos del silicio agujereado, una oblea de chip de computadora con minúscula, Orificios grabados verticalmente que funcionan para transportar el calor a las ubicaciones deseadas.

"Descubrimos que el calor prefiere viajar verticalmente a través del silicio agujereado, pero no lateralmente, lo que significa que el material puede mover eficazmente el calor de los puntos calientes locales a los sistemas de enfriamiento en chip en la dirección vertical mientras mantiene el gradiente de temperatura necesario para las uniones termoeléctricas en la dirección lateral, "dijo el autor correspondiente Jaeho Lee, Profesor asistente de la UCI de ingeniería mecánica y aeroespacial.

"Esta innovación podría ser ideal para mantener fríos los dispositivos electrónicos como los teléfonos inteligentes durante el funcionamiento, "dijo el autor principal, Zongqing Ren, investigador estudiante de posgrado en el NTERG.

Dijo que las simulaciones de laboratorio demostraron que la eficacia de enfriamiento del silicio agujereado es al menos un 400 por ciento mejor que la de los calcogenuros. compuestos comúnmente utilizados en dispositivos de enfriamiento termoeléctricos.

La investigación de silicio agujereado del laboratorio es una continuación de un estudio publicado en Comunicaciones de la naturaleza a principios de 2017 en el que Lee, como autor principal, y sus colaboradores de UC Berkeley emplearon material de malla de silicio a escala nanométrica para investigar las propiedades de los fonones, cuasipartículas que brindan a los científicos información sobre los mecanismos de transporte térmico.

"Sabemos que los fonones pueden mostrar un comportamiento ondulatorio y de partículas durante el transporte térmico, "Dijo Lee." Usando mallas con diferentes tamaños de orificios y espaciamiento, pudimos aclarar los complejos mecanismos de transporte térmico a nanoescala ".

El conocimiento adquirido en el estudio anterior ayudó a su equipo a comprender cuán pequeños, Las estructuras en forma de cuello creadas por los orificios grabados en el silicio perforado causan la retrodispersión de fonones, un efecto de partículas que conduce a una baja conductividad térmica en el plano. La alta conductividad térmica en el plano transversal fue causada por fonones de longitud de onda larga que ayudan a alejar el calor.

Lee dijo que el problema de la temperatura en la electrónica ha aumentado en los últimos años a medida que los diseñadores de microchips parecen haber alcanzado un límite de tamaño. Con componentes más grandes, los fabricantes pueden utilizar disipadores de calor, aletas e incluso ventiladores para desviar el calor del hardware crítico. En los chips densamente empaquetados de hoy con miles de millones de transistores a nanoescala, a menudo intercalados en delgados, productos de consumo de bolsillo:no hay lugar para tales tecnologías de enfriamiento.

Otros temas clave son la longevidad y la confiabilidad. Los chips semiconductores se están integrando en muchos lugares nuevos, actuando como sensores y actuadores en automóviles y electrodomésticos y como nodos a lo largo de Internet de las cosas. Se espera que estos dispositivos funcionen continuamente durante años e incluso décadas. La exposición prolongada al calor podría provocar la falla de dicha infraestructura.

"Por un lado, la nanotecnología ha abierto un mundo completamente nuevo de posibilidades, pero por el otro, ha creado una serie de desafíos, ", Dijo Lee." Es importante que sigamos desarrollando una mejor comprensión de los fundamentos del transporte térmico y encontrar formas de controlar la transferencia de calor a nanoescala ".