Á 5G tímum, getur demantur/málm samsett efni bjargað ofhitnuðum hálfleiðurum?

Með hraðri þróun rafeindatækni hefur samskiptatækni smám saman farið inn í 5G tímabilið. Þó að hálfleiðaraefnin séu stöðugt uppfærð, eru samþættar hringrásir einnig að færast í átt að stórum, mikilli samþættingu og miklum krafti. Notkun hálfleiðaraefna með breiðu bandbili, táknuð með SiC og GaN, hefur leitt til örrar þróunar á einangruðum hliðum tvískauta smára (IGBT), sem er að opna nýjar aðstæður fyrir nýja kynslóð upplýsingatækni.

Mikill kraftur og hár straumþéttleiki eru þróunarstefna IGBT flísa, sem mun óhjákvæmilega valda ofhitnun rafeindahluta. Rannsóknargögn sýna að þegar yfirborðshiti flísarinnar nær 70-80°C minnkar áreiðanleiki flísarinnar um 5% fyrir hverja 1°C hækkun á hitastigi. Meira en 55% af bilunarstillingum rafeindatækja stafar af of háum hita. Til að leysa hitaleiðni vandamálið, auk þess að taka upp skilvirkari kælitækni, er brýnt að þróa ný létt rafræn umbúðaefni með hitaleiðni sem er meiri en 400W/(m·K) og stækkunarstuðull sem passar við hálfleiðaraefnið. Sem ný tegund rafræns umbúðaefnis hafa samsett efni úr demantur/málmi smám saman færst í miðju sviðið eftir meira en tíu ára rannsóknir og þróun og er mikil von á því.

Demantur hefur framúrskarandi frammistöðu eins og stóra bannaða bandbreidd, mikla hörku og hitaleiðni, hár rafeindamettunarhraði, háhitaþol, tæringarþol og geislunarþol. Það er notað í háspennu og afkastamikilli rafeindatækni, hátíðni og aflmikil rafeindatækni, djúp útfjólublá sjón rafeindatækni og önnur svið hafa afar mikilvægar umsóknarhorfur. Demantur hefur hæstu hitaleiðni (2200W/(m·K)) meðal þekktra náttúruefna, sem er 4 sinnum stærri en kísilkarbíð (SiC), 13 sinnum stærri en kísill (Si) og stærri en gallíumarseníð (GaAs) ) Hann er 43 sinnum stærri, sem er 4 til 5 sinnum stærri en kopar og silfur. Sem stendur lofa demantur/málmi hitaleiðandi samsett efni.

Demantur er kúbískur kristal, myndaður með samgildum tengingum kolefnisatóma. Margir af öfgakenndum eiginleikum demants eru bein afleiðing sp³ samgilda bindistyrksins sem myndar stífa uppbyggingu og lítinn fjölda kolefnisatóma. Málmur leiðir varma í gegnum frjálsar rafeindir og mikil varmaleiðni hans tengist mikilli rafleiðni. Aftur á móti er hitaleiðni í demanti aðeins náð með titringi grindar (þ.e. hljóðnema). Einstaklega sterk samgild tengsl milli demantsatóma gera stífu kristalgrindurnar með háa titringstíðni, þannig að Debye einkennandi hitastig hennar er allt að 2220K. Þar sem flest forrit eru mun lægri en Debye hitastigið er phonon dreifingin lítil, þannig að hitaleiðniviðnámið með phonon sem miðli er mjög lítið. En hvaða grindargalli sem er mun framleiða fónóndreifingu og dregur þar með úr varmaleiðni, sem er eðlislægur eiginleiki allra kristalefna.

Varmaleiðni demantar/kopar samsettra efna er aðallega takmörkuð af hönnun og undirbúningsferli samsetts efnisviðmótsins, sérstaklega innri varmaleiðni koparfylkis, demants, rúmmálshlutfalli demants, kornastærð og endurbætur á tengi á milli tveggja Það er líka sérstaklega mikilvægt. Almennt er demantur með fullkomnu kristalformi, lágt köfnunarefnisinnihald, 100-500 um stærð notaður sem styrkjandi fasi samsetts efnisins til að koma í veg fyrir að yfirborðið umbreytist í grafítlíkan fasa, aukið rúmmálshlutfall demants í samsettu efninu. efni, og hjálpa til við að fá hágæða demantur / kopar samsett efni.

Frammi fyrir hálfleiðarahlutum með sívaxandi aflþéttleika er þess virði að hlakka til hvort samsett efni úr demant/málmi geti náð hraðri hitaleiðni.