เพชรซึ่งได้รับการยกย่องในด้านการนำความร้อนที่ยอดเยี่ยม ถือเป็น "มาตรฐานทองคำ" ในบรรดาวัสดุกระจายความร้อน อย่างไรก็ตาม ความแข็งขั้นสุดและความท้าทายในการประมวลผลมีข้อจำกัดในการใช้งานจริง
เพื่อแก้ไขปัญหานี้ ทีมงานได้เสนอวิธีการปลูกเพชรแบบ "จากล่างขึ้นบน" ด้วยการสร้างชั้นเพชรที่มีลวดลายบนพื้นผิวชิปโดยตรง ทำให้สามารถสกัดความร้อนได้อย่างแม่นยำ เมื่อเปรียบเทียบกับการประมวลผลแบบ “จากบนลงล่าง” แบบดั้งเดิม โดยที่บล็อกเพชรแข็งจะถูกประดิษฐ์ขึ้นก่อน จากนั้นจึงตัดและแกะสลัก วิธีการใหม่นี้จะหลีกเลี่ยงความเสียหายของวัสดุและต้นทุนที่สูง
เทคโนโลยีนี้ใช้การสะสมไอสารเคมีในพลาสมาไมโครเวฟ (CVD) ขั้นแรกนักวิจัยจะสร้าง "เทมเพลต" บนพื้นผิวชิปโดยใช้การพิมพ์หินด้วยแสง จาก นั้นจึงฝาก "เมล็ด" เพชรระดับนาโนลงบนเทมเพลต
ภายในเครื่องปฏิกรณ์พลังงานสูง ก๊าซที่มีคาร์บอนสูงจะถูกแปลงเป็นพลาสมาด้วยพลังงานไมโครเวฟ จากนั้นอะตอมของคาร์บอนจะสะสมและเกาะติดกับนิวเคลียส โดยจะเพิ่มขึ้นทีละชั้นจนกลายเป็นชั้นเพชรที่นำความร้อนได้ นักวิจัยเน้นย้ำว่าการเกิดนิวเคลียสเป็นขั้นตอนสำคัญในการเติบโตของเพชร ซึ่งเป็นรากฐานสำหรับอะตอมของคาร์บอนเพื่อสร้างโครงสร้างผลึก
ในด้านอิเล็กทรอนิกส์ ความร้อนเป็นปัจจัยหลักที่จำกัดประสิทธิภาพ การลดอุณหภูมิลง 23°C ถือเป็นเรื่องสำคัญในทางปฏิบัติ ไม่เพียงแต่ยืดอายุการใช้งานของอุปกรณ์เท่านั้น แต่ยังช่วยให้ทำงานได้เร็วขึ้นโดยไม่เกิดความร้อนสูงเกินไป
ตามรายงาน การพิมพ์หินด้วยแสงถูกนำมาใช้สำหรับการสร้างลวดลายที่ซับซ้อนที่มีความละเอียดสูง ในขณะที่ ฟิล์มบางที่ตัดด้วยเลเซอร์ จะใช้สำหรับสถานการณ์ในพื้นที่ขนาดใหญ่ ทำให้บรรลุถึงความสามารถในการปรับตัวของกระบวนการในบริบทที่แตกต่างกัน ความยืดหยุ่นนี้ถือเป็นแนวทางที่เป็นไปได้สำหรับการพัฒนาอุตสาหกรรม
นอกจากนี้ กระบวนการนี้ยังเข้ากันได้กับวัสดุพื้นผิวเซมิคอนดักเตอร์หลายชนิด รวมถึงซิลิคอนและแกลเลียมไนไตรด์ ซึ่งเป็นการวางรากฐานสำหรับการบูรณาการชั้นความร้อนเพชรประสิทธิภาพสูงในวิถีทางเทคโนโลยีที่หลากหลาย
ทีมวิจัยรายงานว่าวิธีการใหม่นี้ประสบความสำเร็จในการปรับขนาดการผลิตแผ่นเวเฟอร์ขนาด 2 นิ้ว โดยมีการใช้งานที่เป็นไปได้ในอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์กำลังสูง เช่น ชิป AI และฮาร์ดแวร์ 5G
ทีมงานได้ระบุแนวทางที่สามารถปรับขนาดได้และมีประสิทธิภาพในการบูรณาการเทคโนโลยีการจัดการความร้อนแบบเพชรเข้ากับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ สิ่งนี้มีนัยสำคัญในการเพิ่มประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของสมาร์ทโฟน แบตเตอรี่ และอุปกรณ์คอมพิวเตอร์
ระยะต่อไปของทีมวิจัยมีจุดมุ่งหมายเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการเชื่อมต่อระหว่างชั้นเพชรกับส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์เพื่อให้เกิดการบูรณาการโครงสร้างที่เข้มงวดยิ่งขึ้น ความก้าวหน้าในด้านนี้สามารถอำนวยความสะดวกในการพัฒนาอุปกรณ์ทรานซิสเตอร์ยุคหน้าที่มีความเร็วสูงขึ้นและจัดการพลังงานได้มากขึ้น