來(lái)自美國(guó)能源部的阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室近日稱，他們的兩項(xiàng)最新研究揭示了納米多晶金剛石薄膜之前未被發(fā)現(xiàn)的一些新特性。通過(guò)降低“熱預(yù)算”，金剛石的這些新特性或?qū)⒋蟠蟾纳萍呻娐返墓ぷ餍阅堋?        近年來(lái)，工程師們?cè)噲D通過(guò)零部件微型化來(lái)研制更高效的電子設(shè)備，但技術(shù)層面無(wú)一不遇到了“熱瓶頸”，阿貢實(shí)驗(yàn)室的納米科學(xué)家 Anirudha Sumant稱。

       在熱瓶頸問(wèn)題上，電子器件工作過(guò)程中產(chǎn)生的過(guò)多熱量對(duì)元件性能產(chǎn)生不良影響。要解決這個(gè)熱瓶頸，唯有研制出能夠給電子設(shè)備散熱的方法和材料。

       金剛石薄膜不同尋常的熱性能則激勵(lì)著科學(xué)家們通過(guò)與其他半導(dǎo)體材料的整合，讓金剛石薄膜成為電子零件的散熱器。然而，金剛石薄膜生長(zhǎng)的沉積溫度超過(guò)了800℃，這又使得該方法的可行性微乎其微。

       研究者Sumant說(shuō)，“我們的重點(diǎn)就是要在盡可能低的溫度下生長(zhǎng)金剛石薄膜；如果能將溫度降低至400攝氏度，就完全有可能將金剛石薄膜與其它半導(dǎo)體材料整合在一起”。

       通過(guò)改變金剛石薄膜的沉積過(guò)程，Sumant和他的同事已經(jīng)能夠?qū)囟冉档椭?00℃左右，并通過(guò)控制金剛石粒度來(lái)調(diào)整金剛石薄膜的熱性能。這一研究成果使得金剛石直接與石墨烯和氮化鎵——這兩種重要的材料結(jié)合在了一起。

       據(jù)Sumant稱，金剛石比硅和氧化硅具有更好的熱傳導(dǎo)性能，后兩者通常用來(lái)制造石墨烯設(shè)備。而現(xiàn)在，排熱性能大大改善，基于金剛石的石墨烯材料能夠承受更大的電流密度。

       在另外一項(xiàng)研究中，采用同樣的低溫生長(zhǎng)金剛石薄膜法，Sumant將薄膜和氮化鎵結(jié)合，后者通常用于LED制造。實(shí)驗(yàn)在氮化鎵襯底上沉積出300納米厚度的金剛石薄膜，該薄膜具有超乎尋常的熱傳導(dǎo)性能。由于集成電路在溫度上的一點(diǎn)點(diǎn)差異就會(huì)影響到整個(gè)電子設(shè)備的性能，所以Sumant稱此研究發(fā)現(xiàn)的意義非同尋常。

       “我們的實(shí)驗(yàn)共同點(diǎn)就是發(fā)現(xiàn)了既高效散熱又節(jié)能的新方法。”Sumant說(shuō)，這些實(shí)驗(yàn)過(guò)程對(duì)于工業(yè)制造來(lái)說(shuō)十分重要，有助于解決半導(dǎo)體集成電路制造中的一些傳統(tǒng)限制問(wèn)題，為下一代新型電子設(shè)備的研發(fā)做了鋪墊。

      該研究發(fā)表在Nano Letters andAdvanced Functional Materials，由Sumant和加利福尼亞大學(xué)的Alexander Balandin教授及其學(xué)生Jie Yu， Guanxiong Liu 和 Dr. Vivek Goyal合作完成。項(xiàng)目得到美國(guó)國(guó)家科學(xué)能源辦公室基礎(chǔ)能源科學(xué)項(xiàng)目的基金支持。(編譯自‘Diamond-based materials brighten the future of electronics’ 翻譯：王現(xiàn))