По мнению американских ученых, транзисторы высокой мощности из нитрида галлия, часто страдающие от перегрева при работе на высоких мощностях, могут быть охлаждены при помощи своеобразного графенового «покрывала», представляющего собой «лоскутную» структуру из атомов углерода. Исследовательская группа в своей последней работе показала, что температура в особо нагретых точках транзисторов с помощью такого «радиатора» может быть снижена на 20 градусов. По приблизительным оценкам это позволит увеличить время службы устройства в 10 раз.

Нитрид галлия – это полупроводник, обычно используемый для производства светодиодов. Но, кроме того, он оказался особенно полезен в устройствах, работающих при высокой мощности или частотах, например, в лазерных диодах, которые излучают фиолетовый свет, или высокочастотных устройствах связи.

С 2006 года коммерческое применение нашли и транзисторы из нитрида галлия. Они быстро заполнили свою нишу в различных беспроводных приложениях, за счет высокой эффективности и возможности работы при больших входных напряжениях.

Потенциально устройства на основе нитрида галлия могут быть также интересными с точки зрения электроники высоких мощностей или, например, автомобильной промышленности. Но их присутствие на рынке пока ограничено, поскольку транзисторы из нитрида галлия имеют тенденцию нагреваться, особенно при работе на высоких напряжениях и мощностях. Избыток тепла означает, что устройства со временем будут терять эффективность, пока, наконец, не сломаются. Чтобы избежать этой проблемы, необходимо быстро и эффективно удалять тепло из активной зоны транзистора. Хотя на сегодняшний день предложено уже несколько различных вариантов борьбы с этим «паразитным» теплом, ни одну из технологий пока нельзя назвать на 100 процентов успешной.

Рис. 1. Схематическое изображение разработанного учеными «покрывала», предназначенного для удаления лишнего тепла от активной зоны транзистора.

Но команда из University of California (США) в своей последней работе предложила эффективное и простое решение проблемы. По их мнению,

транзисторы могут охлаждаться с помощью своеобразных «лоскутных покрывал», сформированных из сочетания многослойного графена и графита и размещенных на поверхности устройства.

Как многослойный графен, так и графит обладают высокой теплопроводностью, что позволяет им эффективно удалять излишнее тепло из активной зоны транзистора. Это возможно, благодаря тому, что многослойный графен сохраняет свои свойства проводника тепла, даже если его толщина всего несколько нанометров. Эта особенность, в свою очередь, позволяет использовать его для теплораспределительных соединений, т.е. для построения системы местного распределения тепла.

Измерения, проведенные с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния, показали, что температура наиболее горячих областей транзистора из нитрида галлия, работающего при мощностях порядка 13 Вт/мм, с помощью разработанного учеными «покрывала» может быть снижена на целых 20 градусов, что приводит к увеличению срока эксплуатации устройства в 10 раз. По мнению ученых,

графен может использовать также для удаления тепла с других участков чипа, что сделает его работу еще более долговечной.

Подробные результаты работы ученых опубликованы в журнале Nature Communications.