新的熱量模型可以幫助醫(yī)療電子設(shè)備持續(xù)更長時間

（文章來源：攜手健康網(wǎng)）

總部位于伊利諾伊大學的工程師團隊發(fā)現(xiàn)，當前用于預(yù)測普通半導(dǎo)體材料中熱損失的模型并不適用于所有情況。通過測試使用四種常用方法制造的氮化鎵半導(dǎo)體的熱性能，研究小組發(fā)現(xiàn)某些技術(shù)可以生產(chǎn)出性能比其他更好的材料。這種新的理解可以幫助芯片制造商找到更好的散熱方法，從而散發(fā)導(dǎo)致器件損壞和使用壽命降低的熱量。

硅芯片正被推向極限，以滿足當今電子設(shè)備的需求。氮化鎵是另一種半導(dǎo)體材料，更適合用于高電壓和高電流應(yīng)用，例如5G電話，“物聯(lián)網(wǎng)”設(shè)備，機器人技術(shù)和自動駕駛汽車所需的那些。研究人員說，氮化鎵芯片已經(jīng)在使用中，但是還沒有系統(tǒng)的研究來檢查各種形式材料的熱性能。他們的發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《應(yīng)用物理學》雜志上。

研究人員說，氮化鎵芯片是通過將氮化鎵蒸氣沉積在表面上而結(jié)晶成固體而制成的。這項研究的主要作者，電氣和計算機工程教授Can Bayram說：“用于生長晶體的表面的組成和原子結(jié)構(gòu)會影響最終產(chǎn)品中的缺陷數(shù)量。” “例如，在硅表面上生長的晶體產(chǎn)生的半導(dǎo)體具有許多缺陷-導(dǎo)致較低的熱導(dǎo)率和較熱的熱點-因為硅和氮化鎵的原子結(jié)構(gòu)非常不同?！?/p>

該團隊測試了使用四種技術(shù)上最重要的制造技術(shù)生長的氮化鎵的熱導(dǎo)率：氫化物氣相外延，高氮化物壓力，藍寶石上的氣相沉積和硅上的氣相沉積。

為了弄清楚不同的制造技術(shù)如何影響氮化鎵的熱性能，研究小組測量了每種材料的熱導(dǎo)率，缺陷密度和雜質(zhì)濃度。Bayram說：“利用我們的新數(shù)據(jù)，我們能夠開發(fā)出一個模型，該模型描述缺陷如何影響氮化鎵半導(dǎo)體的熱性能。” “該模型提供了一種使用缺陷數(shù)據(jù)間接估算樣品導(dǎo)熱系數(shù)的方法，比直接測量導(dǎo)熱系數(shù)更容易。”

研究小組發(fā)現(xiàn)，硅是氮化鎵生長中所有表面中最經(jīng)濟的一種，可以生產(chǎn)出四種常見制造方法中缺陷密度最高的晶體。沉積在藍寶石上可以制成具有更高導(dǎo)熱性和更低缺陷密度的更好的晶體，但是這種方法并不經(jīng)濟。Bayram說，氫化物蒸汽外延技術(shù)和高氮化物壓力技術(shù)在熱性能和缺陷密度方面可以生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，但是這些工藝非常昂貴。

他說，使用在硅上生長的晶體的氮化鎵基芯片可能足以滿足消費電子市場的需求，而成本和負擔能力是關(guān)鍵。但是，要求更高可靠性的軍用級設(shè)備將受益于使用更昂貴的工藝制造的芯片。

Bayram說：“我們正在嘗試創(chuàng)建一個效率更高的系統(tǒng)，以便從設(shè)備中獲得更多收益-也許可以持續(xù)50年而不是5年。” “了解如何熱消散將使我們重新設(shè)計系統(tǒng)，以便更好地抵御的熱點。這項工作，在I的U.進行完全，規(guī)定在技術(shù)上重要的鎵的熱管理的基礎(chǔ)的氮化物系半導(dǎo)體裝置”。
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