Το διαμάντι, βραβευμένο για την εξαιρετική του θερμική αγωγιμότητα, θεωρείται το «χρυσό πρότυπο» μεταξύ των υλικών απαγωγής θερμότητας. Ωστόσο, η εξαιρετική σκληρότητα και οι προκλήσεις επεξεργασίας του έχουν περιορισμένες πρακτικές εφαρμογές.
Για να αντιμετωπιστεί αυτό, η ομάδα πρότεινε μια μέθοδο ανάπτυξης διαμαντιών «από κάτω προς τα πάνω». Κατασκευάζοντας απευθείας στρώσεις διαμαντιού με σχέδια στην επιφάνεια του τσιπ, επιτυγχάνεται ακριβής εξαγωγή θερμότητας. Σε σύγκριση με την παραδοσιακή επεξεργασία «από πάνω προς τα κάτω» —όπου πρώτα κατασκευάζεται ένα συμπαγές τεμάχιο διαμαντιού και στη συνέχεια κόβεται και χαράσσεται—η νέα μέθοδος αποφεύγει τις υλικές ζημιές και το υψηλό κόστος.
Αυτή η τεχνολογία χρησιμοποιεί χημική εναπόθεση ατμών πλάσματος μικροκυμάτων (CVD) . Οι ερευνητές δημιουργούν πρώτα ένα «πρότυπο» στην επιφάνεια του τσιπ χρησιμοποιώντας φωτολιθογραφία και στη συνέχεια τοποθετούν «σπόρους» διαμαντιών νανοκλίμακας στο πρότυπο .
Μέσα σε έναν αντιδραστήρα υψηλής ενέργειας, το πλούσιο σε άνθρακα αέριο μετατρέπεται σε πλάσμα με ενέργεια μικροκυμάτων. Στη συνέχεια, τα άτομα άνθρακα εναποτίθενται και προσκολλώνται στους πυρήνες, αναπτύσσοντας στρώμα προς στρώμα σε ένα θερμικά αγώγιμο στρώμα διαμαντιού. Οι ερευνητές τονίζουν ότι η πυρήνωση είναι το κρίσιμο βήμα στην ανάπτυξη του διαμαντιού, παρέχοντας τη βάση για τα άτομα άνθρακα να σχηματίσουν μια κρυσταλλική δομή.
Στα ηλεκτρονικά, η θερμότητα είναι ένας βασικός παράγοντας που περιορίζει την απόδοση. Η μείωση της θερμοκρασίας κατά 23°C έχει πρακτική σημασία, όχι μόνο επεκτείνει τη διάρκεια ζωής της συσκευής αλλά και επιτρέπει υψηλότερες ταχύτητες λειτουργίας χωρίς υπερθέρμανση.
Σύμφωνα με την έκθεση, η φωτολιθογραφία χρησιμοποιείται για σύνθετες εφαρμογές σχεδίασης υψηλής ευκρίνειας, ενώ οι λεπτές μεμβράνες κοπής με λέιζερ χρησιμοποιούνται για σενάρια μεγάλης περιοχής, επιτυγχάνοντας προσαρμοστικότητα διαδικασίας σε διαφορετικά περιβάλλοντα. Αυτή η ευελιξία θεωρείται ότι παρέχει μια βιώσιμη διαδρομή για την εκβιομηχάνιση.
Επιπλέον, η διαδικασία είναι συμβατή με πολλά υλικά υποστρώματος ημιαγωγών, συμπεριλαμβανομένου του πυριτίου και του νιτριδίου του γαλλίου, θέτοντας τις βάσεις για την ενσωμάτωση θερμικών στρωμάτων διαμαντιών υψηλής απόδοσης σε διάφορες τεχνολογικές διαδρομές.
Η ερευνητική ομάδα αναφέρει ότι η νέα μέθοδος έχει κλιμακωθεί με επιτυχία μέχρι την κατασκευή γκοφρέτας 2 ιντσών, με πιθανές εφαρμογές σε συσκευές ημιαγωγών υψηλής ισχύος, όπως τσιπ AI και υλικό 5G.
Η ομάδα έχει εντοπίσει μια επεκτάσιμη και αποτελεσματική προσέγγιση για την ενσωμάτωση της τεχνολογίας θερμικής διαχείρισης διαμαντιών σε ηλεκτρονικές συσκευές. Αυτό έχει πιθανές επιπτώσεις για τη βελτίωση της αποτελεσματικότητας και της αξιοπιστίας των smartphone, των μπαταριών και του υπολογιστικού εξοπλισμού.
Η επόμενη φάση της ερευνητικής ομάδας στοχεύει στη βελτιστοποίηση της σύνδεσης διεπαφής μεταξύ του στρώματος διαμαντιού και των υποκείμενων ηλεκτρονικών εξαρτημάτων για την επίτευξη αυστηρότερης δομικής ολοκλήρωσης. Μια σημαντική ανακάλυψη σε αυτόν τον τομέα θα μπορούσε να διευκολύνει την ανάπτυξη συσκευών τρανζίστορ επόμενης γενιάς ικανών για υψηλότερες ταχύτητες και μεγαλύτερο χειρισμό ισχύος.