Национальный исследовательский центр Курчатовский институт Национальный исследовательский центр Курчатовский институт все новости
Новости
Конференции
все конференции
 

идет загрузка
02.04.2019

Учёные НИЦ "Курчатовский институт" разработали эффективный метод охлаждения электроники

Учёные НИЦ "Курчатовский институт" усовершенствовали систему измерения теплопроводности тонких плёнок, которые используются в электронике для отвода избыточного тепла. Новая установка позволяет в автоматизированном режиме измерять теплопроводность плёнок толщиной от 100 нанометров в широком диапазоне температур. Разработка поможет специалистам создавать плёнки с большей теплопроводностью и тем самым продлевать срок службы техники, например, смартфонов. Исследование опубликовано в журнале Review of Scientific Instruments. 

При проектировании и создании электронных устройств очень важно найти  эффективный метод теплоотвода и распределения тепла. Для этого необходимо знать тепловые свойства материалов. Известно, что перегрев элементов резко сокращает срок службы техники, эффективность солнечных батарей или полупроводниковых преобразователей. Да и мало кому приятно держать в руках "раскаленный" смартфон или на коленях горячий компьютер. Поэтому учёные ищут точные и физически объективные методики измерений коэффициента теплопроводности.

На сегодняшний день известны хорошо отработанные методики измерения коэффициента теплопроводности тел, размеры которых имеют макроскопический масштаб (речь идёт о твёрдых телах), а также жидкостей и газов. Хуже обстоит дело с тонкоплёночными материалами (толщиной менее 1 микрометра), которые очень активно используются в современной микро- и нано- электронике. Однако именно тонкие пленки являются основой современной электроники: телевизоры и дисплеи, компьютеры, процессоры, солнечные батареи, современные аккумуляторы и преобразователи (блоки питания) включают в себя огромное количество различных защитных и функциональных покрытий. При этом достоверно измерить коэффициент теплопроводности в тонких плёнках до сих пор очень трудно.

Одним из современных способов измерения теплопроводности является так называемый "3-омега" метод, предложенный американским исследователем Дэвидом Кэхиллом в 1989 году. Технология позволяет измерять теплопроводность объёмных материалов, но особенно она востребована для измерения тонких плёнок.

"С помощью этого метода можно измерять теплопроводность массивных материалов толщиной в несколько сантиметров, а также тонких нанометровых плёнок в широком диапазоне температур (от 50 до 900 градусов Кельвина (от -223 до + 627°C)). Отличительная особенность этого метода заключается в том, что он позволяет получать достаточно точные значения теплопроводности материалов при высоких температурах, в то время как другие методы дают не столь точные результаты", — сообщил автор исследования, ведущий научный сотрудник НИЦ "Курчатовский институт", кандидат физико-математических наук Александр Инюшкин.

Учёные НИЦ "Курчатовский институт" развили и усовершенствовали методику, автоматизировав её и сделав более удобной в использовании. Созданная установка позволила повысить точность и скорость измерений в широком температурном диапазоне без подстройки и необходимости в дополнительных устройствах.

Новую технологию специалисты успешно опробовали на образце из синтетического монокристаллического корунда (сапфира) толщиной 0,42 мм при температурах 290—330 градусов Кельвина. Получившееся значение теплопроводности согласовывалось с данными, полученными в ходе предыдущих экспериментов с этим материалом, когда учёные использовали другие методы, что подтвердило точность разработанного метода.

Учёные добавили, что подложки синтетического сапфира активно используются при производстве светодиодов (около 78% производимого в мире объема на 2015 год), защитные стёкла для камер смартфонов (около 13%), дисплеев "умных часов" (7%). Россия занимает примерно 1/5 долю мирового рынка производства синтетического сапфира.

"Важной особенностью методики является возможность достоверного измерения теплопроводности тонких пленок, свойства которых могут значительно отличаться от свойств объёмного материала и сильно зависят как от состава, так и от метода их производства. Таким образом, методика "3-омега" востребована при разработке новой компонентной базы микроэлектроники", — начальник отдела прикладных наноэлектронных структур Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных технологий Максим Занавескин.

Разработка учёных НИЦ "Курчатовский институт" поможет создавать плёнки с большей теплопроводностью и тем самым продлевать срок службы техники.

По словам Александра Инюшкина, предложенный исследователи метод также поддаётся модификации. В таком случае его можно использовать для измерения теплопроводности биологических тканей, материалов для термоядерного синтеза и термоэлектрических преобразователей.

Пресс-центр НИЦ "Курчатовский институт"
Защиты диссертаций
все защиты
Увидеть всё - Что такое синхротрон