電子元件功率密度的增加以及由此產生的更高散熱需求需要新材料。金剛石的導熱性比銅高四到五倍,非常適合冷卻高功率密度的電子元件,例如處理器、半導體激光器或電動汽車中使用的電子元件,在電力運輸、光伏或存儲系統中冷卻功率電子方面尤為重要。
3月1日,弗勞恩霍夫協會宣布其研究人員已成功開發出比人類頭發還細的由合成金剛石制成的極薄納米膜,可以直接集成到電子元件中,從而將局部熱負荷降低多達十倍。電動汽車的能源效率、使用壽命和道路性能因此得到顯著提高,當用于充電基礎設施時,金剛石膜有助于將充電速度提高五倍。
/ 金剛石膜取代絕緣中間層 /
一般來說,在元件下方應用銅層可以改善熱流,但銅與元件之間存在電絕緣的氧化物或氮化物層導熱性較差,這種納米膜在將熱量傳遞到銅方面非常有效,因為金剛石可以加工成導電路徑,因此研究人員希望用金剛石納米膜取代這個中間層——靈活且獨立的薄膜可以放置在組件或銅上的任何位置,或者直接集成到冷卻回路中。
研究人員通過在單獨的硅片上生長多晶金剛石納米膜,然后將其分離,將其翻轉并蝕刻掉背面的金剛石層,就形成了獨立、光滑的金剛石,可以在80攝氏度的低溫下加熱,然后附著到部件上。“熱處理會自動將微米厚的薄膜粘合到電子元件上,這樣金剛石就不再是獨立的,而是集成到系統中。”研究人員解釋道。
該納米膜可以在晶圓級(4英寸及更大)上生產,非常適合工業應用。該開發已申請專利。逆變器和變壓器在電力運輸和電信等應用領域的應用測試將于今年啟動。
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