随着晶体管和集成电路尺寸和密度的减小,芯片级的功率密度和空间分布对热管理提出了巨大挑战。

墨烯作为新兴的二维材料的代表,由于其优异的导热性并可以从热点重新横向分配热量,因此应在下一代电子设备中用作散热材料。而,由于石墨烯的导电性,需要绝缘层例如二氧化硅将其与电路分离。究表明,绝缘层的厚度对施加在功率芯片表面的石墨烯的散热性能有显着影响。缘层越薄,局部热点的散热效果越好。过去的50年中,通信,汽车电子,消费电子,军用电子和航空航天行业对高性能,小型化,多功能和低功耗的微电子产品提出了要求。本,工艺和设计方法的改进迫在眉睫。
子设备及其应用已成为增长最快的领域,其特征尺寸从微米到纳米不断减小。

外,许多新的尝试正在进行中,例如多核体系结构,三维芯片堆叠等。是,这些技术发展和新兴应用带来了重大的热管理问题,这些问题直接与应用限制和电子设备的整体可靠性有关。

年来,石墨烯因其极高的导热系数(5300W / m·K)而被认为是最有希望的散热材料。Gao等人使用化学气相沉积(CVD)合成单层石墨烯:当热通量密度为430 W / cm2时,石墨烯作为散热层可以降低热点温度然而,石墨烯不仅是良好的导热材料,而且具有良好的导电特性,因此需要诸如二氧化硅(SiO2)的绝缘材料来制造。

些绝缘材料通常导热性较差,绝缘层较厚,大大降低了石墨烯层的散热效果。了研究绝缘层厚度对石墨烯散热效果的影响,本文选择了两种不同的功率芯片测试结构,即石墨烯。为观察到了功率芯片的散热层和不同的测试结构,所以将其转移到210nm和600nm厚的SiO2绝缘层的表面。变芯片中热点的最高温度,以研究石墨烯散热的不同影响。了评估石墨烯作为散热层的性能,组装了硅热点测试芯片。点由金属电阻形成,铂金属气相沉积在硅晶片的表面。于其电阻随温度线性变化,
电缆因此可用于模拟每个充电功率中功率芯片的局部热点。金属层的表面上,通过溅射形成210nm和600nm厚的SiO 2绝缘层。文采用南京咸丰纳米材料科技有限公司制备的多层石墨烯。择并通过在25μm厚的铜箔上进行化学气相沉积法合成。了研究石墨烯散热层对热点温度的影响,必须将其从铜箔转移到测试结构。常,将聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)层涂覆在石墨烯膜的表面上作为支撑层,并且通过湿法蚀刻或气泡分离除去下面的铜箔。后,将PMMA /石墨烯放在热的测试结构上,最后用热的丙酮去除PMMA。过红外摄像机在电路上加载相同的功率,可以看到样品表面温度的分布,如图1所示。SiO2绝缘层的厚度为210 nm时,
电缆无论热点的最高温度或热点区域的大小如何,600 nm厚SiO2绝缘层的测试结构的散热效果都是显而易见的。过比较两种不同的测试结构,分别在石墨烯转移之前将210 nm和600 nm厚度的SiO2绝缘层喷涂到金属电路上。
现绝缘层越薄,热点的最高温度越低,这表明石墨烯的散热效果越好。
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