可用石墨烯實(shí)現(xiàn)大功率半導(dǎo)體設(shè)備大幅降溫

據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)5月9日（北京時(shí)間）報(bào)道，美國(guó)加州大學(xué)河濱分校伯恩斯工程學(xué)院的研究人員開(kāi)發(fā)出一種新技術(shù)，可借助石墨烯實(shí)現(xiàn)大功率半導(dǎo)體設(shè)備的大幅降溫，解決在交通信號(hào)燈和電動(dòng)汽車中使用的半導(dǎo)體材料散熱問(wèn)題。相關(guān)研究報(bào)告5月8日發(fā)表在《自然·通訊》雜志上。

自上世紀(jì)90年代以來(lái)，半導(dǎo)體材料氮化鎵（GaN）就被用于強(qiáng)光的制造，并因?yàn)楦咝Ш涂赡透唠妷汗ぷ鞫挥糜跓o(wú)線設(shè)備中。然而就像所有大功率操作設(shè)備一樣，氮化鎵晶體管會(huì)散發(fā)出相當(dāng)多的熱量，需要對(duì)其快速而有效的移除?？茖W(xué)家已嘗試過(guò)倒焊芯片和復(fù)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(shè)備降溫仍困擾著學(xué)界，氮化鎵電子工業(yè)的市場(chǎng)份額和應(yīng)用范圍也因?yàn)殡y以散熱而受到限制。

基于納米設(shè)備實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的新技術(shù)，將使這一情況得到改善。研究小組由電子工程學(xué)教授亞歷山大·巴蘭金領(lǐng)導(dǎo)，他們?cè)谶M(jìn)行微拉曼光譜溫度測(cè)量時(shí)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)引入由多層石墨烯制成的交替散熱通道，能使在高功率運(yùn)轉(zhuǎn)情況下的氮化鎵晶體管中的熱點(diǎn)降低20℃，并將相關(guān)設(shè)備的壽命延長(zhǎng)10倍。

巴蘭金表示，這代表了熱量管理領(lǐng)域的變革性進(jìn)展。與金屬或半導(dǎo)體薄膜不同，多層石墨烯即使在自身厚度僅為數(shù)納米時(shí)，也能保持良好的熱力性質(zhì)，這使它們成為了制造側(cè)面導(dǎo)熱片和連接線的極佳備選。研究人員在氮化鎵晶體管上設(shè)計(jì)并構(gòu)建了石墨烯“被子”，使其能從熱點(diǎn)處移除和傳導(dǎo)熱量。計(jì)算機(jī)模擬則顯示，采用熱阻更強(qiáng)的基底能使石墨烯“被子”更好地在氮化鎵設(shè)備上發(fā)揮作用。

總編輯圈點(diǎn)

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(lái)越多地用在景觀照明、交通信號(hào)燈等領(lǐng)域，但是散熱問(wèn)題一直阻礙著它的迅速普及。一般情況下，LED光源工作時(shí)所產(chǎn)生的熱量占其消耗總功率的70%左右，熱量若無(wú)法導(dǎo)出，將會(huì)影響產(chǎn)品生命周期、發(fā)光效率。熱點(diǎn)降低20℃，壽命延長(zhǎng)10倍。文中提到的降溫新方法著實(shí)振奮人心，可以想見(jiàn)，一旦技術(shù)成熟并投入使用，城市的夜晚將更加絢爛奪目。