Нитрид галлия является перспективным кандидатом на использование в мощных электронных устройствах, таких как ИБП, моторы, солнечные преобразователи и электромобили, однако во всех них крайне важен эффективный теплоотвод. Алмаз имеет великолепные качества для изготовления радиаторов, но его атомарный интерфейс с нитридом галлия представляет серьёзную преграду для фононов – квазичастиц звука, переносящих тепловую энергию.

«Это обычная ситуация, когда индивидуальные материалы в гибридных нано- и микроэлектронных устройствах функционируют хорошо, но поверхность раздела разных материалов становится узким местом для тепловой диффузии», – говорит доцент материаловедения и нанотехнологий из Университета Райса (штат Техас) Ружбег Шахсавари (Rouzbeh Shahsavari).

В статье, вышедшей в ноябре в журнале ACS Applied Materials, Шахсавари и ещё два автора представили результаты компьютерного моделирования оптимизированного интерфейса между нитридом галлия и алмазом.

Обычную плоскую поверхность раздела учёные заменили наноструктурированной границей, состоящей из периодических квадратных выступов. Расчёты с помощью суперкомпьютеров Blue Gene и DAVinCI в Центре исследовательских вычислений университета Райса показали, что в лучшем случае, с тщательно подобранными и выверенными параметрами нанотекстуры (размерами, формой, плотностью расположения выступов и их иерархией), тепловое сопротивление границы может снизиться на 80%. Добавление графеновой прослойки между двумя материалами уменьшает его ещё на 33%.

«Благодаря прогрессивным новым и готовящимся к внедрению методам нанопроизводства, таким как нанолитография, сегодня уже возможно отойти от традиционных планарных интерфейсов и создать стратегически текстурированные поверхности, покрытые наноматериалами для существенного увеличения транспорта тепла, – утверждает Шахсавари. – Наша стратегия годится и для некоторых других гибридных материалов, предоставляя новый взгляд на преодоление проблемы теплового граничного сопротивления».