Инженеры из Технологического института Джорджии (США) представили новый композитный материал для отвода тепла в микроэлектронике.

Тончайшие теплоотводящие пластины, выполненные из такого материала, будут связывать мощные полупроводниковые элементы с радиаторами, вентиляторами или тепловыми трубками. Поскольку учёные стремились сделать композит максимально эффективным, его основу составляют частицы алмаза, который имеет чрезвычайно высокий коэффициент теплопроводности — около 2 000 Вт•м^-1•К^-1. Для связывания этих частиц используется пластичное и ковкое серебро с коэффициентом ~400 Вт•м^-1•К^-1. Стоит заметить, что эта цифра выглядит скромно только на фоне показателей алмаза: часто применяемая в теплоотводящих устройствах медь имеет такие же характеристики.

Рис. 1. Частицы алмаза под микроскопом (иллюстрация Jason Nadler).

Серебро выполняет ещё одну чрезвычайно важную функцию — помогает привести в соответствие друг с другом коэффициенты термического расширения композита и полупроводника; если параметры материалов не согласовать, контакт между ними будет ненадёжным. Полупроводники с широкой запрещённой зоной (карбид кремния, нитрид галлия), на работу с которыми нацелен композит, имеют низкий коэффициент термического расширения, примерно равный (3–4)•10^-6 К, но у алмаза он ещё ниже — 2•10^-6 К. Добавление необходимого количества серебра с его коэффициентом в 20•10^-6 К решает проблему.

Исследователи уже провели опыты с пластинами толщиной в 250 мкм, выполненными из композита с 50-процентным содержанием алмаза, и получили обнадёживающие результаты. В ближайшее время начнётся тестирование более тонких образцов с повышенной долей алмаза, которые должны работать ещё эффективнее. Авторы также пытаются составить детальное теоретическое описание свойств материала.

По составу композита нетрудно догадаться, что он рассчитан на военное применение.

Рис. 2. Алмаз, подготовленный для создания композита (фото Gary Meek).