Исследователи из японского Национального института AIST (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology) на конференции IEDM 2012 объявили о разработке новой технологии отвода тепла из внутренностей кристаллов полупроводниковых чипов, в которой используются тепловые каналы из углеродных нанотрубок, проложенных в специальных переходных отверстиях, проделанных в кристалле кремния.

Теплопроводность углеродных нанотрубок составляет от 3000 до 3500 Вт/мК, что приблизительно в десят раз выше, чем теплопроводность меди, которая равна 400 Вт/мК. При этом, коэффициент теплового расширения углеродных нанотрубок, меньше, чем у меди, поэтому нанотрубки будут создавать меньшие напряжения в кристалле кремния из-за теплового расширения. Все эти привлекательные характеристики углеродных нанотрубок стали причиной разработки специалистами института AIST новой технологии формирования переходных отверстий и создания тепловых каналов на основе нанотрубок, которые будут быстро и эффективно отводить излишки тепла из внутренних частей полупроводниковых чипов.

Но, как показала практика, получить высокую теплопроводность углеродных нанотрубок оказалось не так уж и просто. Основным препятствием этому была низкая плотность самих нанотрубок, выращенных с помощью технологии химического осаждения углерода из парообразной фазы.

Но исследователи нашли выход из сложившейся ситуации. Для этого оказалось достаточно всего лишь увеличить толщину слоя кобальтового катализатора до 1.5 нм и использовать метод формирования пленок под названием «STEP».

Метод «STEP» обычно позволяет выращивать графен при относительно низкой температуре, а затем, поднимая температуру по заданному графику, можно убрать дефекты в сформированной графеновой пленке и получить графен с заданными свойствами.

В результате ученым удалось сформировать высокоплотные углеродные нанотрубки и получить тепловую проводимость тепловых каналов в 10–100 раз до уровня 260 Вт/мК.

Конечно, полученное значение теплопроводности еще недотягивает до теплопроводности медных каналов. Но ученые института AIST уверены, что проведенные исследования – это лишь «первый блин», который, как известно, «всегда комом».

Они рассчитывают, что в самом ближайшем будущем им удастся полностью реализовать разрабатываемую технологию и получить теплопроводность каналов, не отличающуюся от теплопроводности самих углеродных нанотрубок.