新的熱量模型可以幫助醫(yī)療電子設(shè)備持續(xù)更長時(shí)間

（文章來源：攜手健康網(wǎng)）

總部位于伊利諾伊大學(xué)的工程師團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)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(dāng)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(jī)器人技術(shù)和自動(dòng)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(xué)》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(xiàng)研究的主要作者，電氣和計(jì)算機(jī)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(huì)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(diǎn)-因?yàn)楣韬偷壍脑咏Y(jié)構(gòu)非常不同?！?/p>

該團(tuán)隊(duì)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(lán)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(gè)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(jì)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(lán)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(jì)。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(fèi)電子市場的需求，而成本和負(fù)擔(dān)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(gè)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(jì)系統(tǒng)，以便更好地抵御的熱點(diǎn)。這項(xiàng)工作，在I的U.進(jìn)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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