來自美國能源部的阿貢國家實驗室近日稱，他們的兩項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，工程師們試圖通過零部件微型化來研制更高效的電子設(shè)備，但技術(shù)層面無一不遇到了“熱瓶頸”，阿貢實驗室的納米科學(xué)家 Anirudha Sumant稱。

       在熱瓶頸問題上，電子器件工作過程中產(chǎn)生的過多熱量對元件性能產(chǎn)生不良影響。要解決這個熱瓶頸，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著科學(xué)家們通過與其他半導(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，金剛石薄膜生長的沉積溫度超過了800℃，這又使得該方法的可行性微乎其微。

       研究者Sumant說，“我們的重點就是要在盡可能低的溫度下生長金剛石薄膜；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”。

       通過改變金剛石薄膜的沉積過程，Sumant和他的同事已經(jīng)能夠?qū)囟冉档椭?00℃左右，并通過控制金剛石粒度來調(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。

       在另外一項研究中，采用同樣的低溫生長金剛石薄膜法，Sumant將薄膜和氮化鎵結(jié)合，后者通常用于LED制造。實驗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點差異就會影響到整個電子設(shè)備的性能，所以Sumant稱此研究發(fā)現(xiàn)的意義非同尋常。

       “我們的實驗共同點就是發(fā)現(xiàn)了既高效散熱又節(jié)能的新方法。”Sumant說，這些實驗過程對于工業(yè)制造來說十分重要，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。項目得到美國國家科學(xué)能源辦公室基礎(chǔ)能源科學(xué)項目的基金支持。(編譯自‘Diamond-based materials brighten the future of electronics’ 翻譯：王現(xiàn))