Olağanüstü ısı iletkenliği nedeniyle ödüllendirilen elmas, ısı yayan malzemeler arasında "altın standart" olarak kabul ediliyor. Ancak aşırı sertliği ve işleme zorlukları sınırlı pratik uygulamalara sahiptir.
Bu sorunu çözmek için ekip “aşağıdan yukarıya” bir elmas büyütme yöntemi önerdi. Çip yüzeyinde doğrudan desenli elmas katmanları oluşturularak hassas ısı ekstraksiyonu elde edilir. Katı bir elmas bloğun önce üretildiği, ardından kesildiği ve kazındığı geleneksel "yukarıdan aşağıya" işlemeyle karşılaştırıldığında, yeni yöntem maddi hasarı ve yüksek maliyetleri önler.
Bu teknoloji mikrodalga plazma kimyasal buhar biriktirmeyi (CVD) kullanır . Araştırmacılar önce fotolitografi kullanarak çip yüzeyinde bir "şablon" oluşturuyor, ardından nano ölçekli elmas "tohumlarını" şablonun üzerine bırakıyor .
Yüksek enerjili bir reaktörde karbon açısından zengin gaz, mikrodalga enerjisiyle plazmaya dönüştürülür. Karbon atomları daha sonra çekirdeklere çöker ve yapışır, katman katman büyüyerek termal olarak iletken bir elmas katmanı oluşturur. Araştırmacılar, çekirdeklenmenin elmas büyümesinde kritik bir adım olduğunu ve karbon atomlarının kristal yapı oluşturması için temel sağladığını vurguluyor.
Elektronikte ısı, performansı sınırlayan temel faktördür. 23°C'lik sıcaklık düşüşü, yalnızca cihazın ömrünü uzatmakla kalmayıp aynı zamanda aşırı ısınma olmadan daha yüksek çalışma hızlarına olanak sağlaması açısından pratik öneme sahiptir.
Rapora göre, yüksek çözünürlüklü karmaşık modelleme uygulamaları için fotolitografi kullanılırken, geniş alan senaryoları için lazerle kesilmiş ince filmler kullanılıyor ve farklı bağlamlarda süreç uyarlanabilirliği sağlanıyor. Bu esnekliğin sanayileşme için uygun bir yol sağladığı düşünülmektedir.
Ayrıca süreç, silikon ve galyum nitrür de dahil olmak üzere çok sayıda yarı iletken alt tabaka malzemesiyle uyumlu olup, yüksek performanslı elmas termal katmanların çeşitli teknolojik yollara entegre edilmesi için zemin hazırlıyor.
Araştırma ekibi, yeni yöntemin, AI çipleri ve 5G donanımı gibi yüksek güçlü yarı iletken cihazlarda potansiyel uygulamalarla 2 inçlik levha üretimine başarıyla ölçeklendirildiğini bildirdi.
Ekip, elmas termal yönetim teknolojisini elektronik cihazlara entegre etmek için ölçeklenebilir ve etkili bir yaklaşım belirledi. Bu, akıllı telefonların, pillerin ve bilgi işlem ekipmanlarının verimliliğini ve güvenilirliğini artırmaya yönelik potansiyel sonuçları barındırmaktadır.
Araştırma ekibinin bir sonraki aşaması, daha sıkı yapısal entegrasyon sağlamak için elmas katmanı ile altta yatan elektronik bileşenler arasındaki arayüz bağını optimize etmeyi amaçlıyor. Bu alandaki bir atılım, daha yüksek hızlara ve daha fazla güç kullanımına sahip yeni nesil transistör cihazlarının geliştirilmesini kolaylaştırabilir.