可用石墨烯實現大功率半導體設備大幅降溫
2012-05-13 21:56:33 本站原創據物理學家組織網5月9日（北京時間）報道，美國加州大學河濱分校伯恩斯工程學院的研究人員開發出一種新技術，可借助石墨烯實現大功率半導體設備的大幅降溫，解決在交通信號燈和電動汽車中使用的半導體材料散熱問題。相關研究報告5月8日發表在《自然·通訊》雜志上。
自上世紀90年代以來，半導體材料氮化鎵（GaN）就被用于強光的制造，并因為高效和可耐高電壓工作而被用于無線設備中。然而就像所有大功率操作設備一樣，氮化鎵晶體管會散發出相當多的熱量，需要對其快速而有效的移除。科學家已嘗試過倒焊芯片和復合基底等多種熱量管理途徑，但效果都不理想。如何為這些設備降溫仍困擾著學界，氮化鎵電子工業的市場份額和應用范圍也因為難以散熱而受到限制。
基于納米設備實驗室開發的新技術，將使這一情況得到改善。研究小組由電子工程學教授亞歷山大·巴蘭金領導，他們在進行微拉曼光譜溫度測量時發現，通過引入由多層石墨烯制成的交替散熱通道，能使在高功率運轉情況下的氮化鎵晶體管中的熱點降低20℃，并將相關設備的壽命延長10倍。
巴蘭金表示，這代表了熱量管理領域的變革性進展。與金屬或半導體薄膜不同，多層石墨烯即使在自身厚度僅為數納米時，也能保持良好的熱力性質，這使它們成為了制造側面導熱片和連接線的極佳備選。研究人員在氮化鎵晶體管上設計并構建了石墨烯“被子”，使其能從熱點處移除和傳導熱量。計算機模擬則顯示，采用熱阻更強的基底能使石墨烯“被子”更好地在氮化鎵設備上發揮作用。
總編輯圈點
大功率LED光源壽命是高壓鈉燈的4倍以上，耗電僅為白熾燈的十分之一，因此正越來越多地用在景觀照明、交通信號燈等領域，但是散熱問題一直阻礙著它的迅速普及。一般情況下，LED光源工作時所產生的熱量占其消耗總功率的70%左右，熱量若無法導出，將會影響產品生命周期、發光效率。熱點降低20℃，壽命延長10倍。文中提到的降溫新方法著實振奮人心，可以想見，一旦技術成熟并投入使用，城市的夜晚將更加絢爛奪目。
