Dalam era 5G, bolehkah komposit berlian/logam menyelamatkan peranti semikonduktor yang terlalu panas?
Dengan perkembangan pesat teknologi elektronik, teknologi komunikasi telah beransur-ansur memasuki era 5G. Walaupun bahan semikonduktor sentiasa dikemas kini, litar bersepadu juga bergerak ke arah berskala besar, integrasi tinggi dan berkuasa tinggi. Aplikasi bahan semikonduktor celah jalur lebar yang diwakili oleh SiC dan GaN telah membawa kepada perkembangan pesat transistor bipolar pintu terlindung (IGBT), yang membuka situasi baharu untuk teknologi maklumat generasi baharu.
Kuasa tinggi dan ketumpatan arus tinggi adalah trend pembangunan cip IGBT, yang pasti akan menyebabkan terlalu panas komponen elektronik. Data penyelidikan menunjukkan bahawa apabila suhu permukaan cip mencapai 70-80°C, kebolehpercayaan cip berkurangan sebanyak 5% untuk setiap kenaikan suhu 1°C. Lebih daripada 55% mod kegagalan peranti elektronik disebabkan oleh suhu yang berlebihan. Untuk menyelesaikan masalah pelesapan haba, selain menggunakan teknologi penyejukan yang lebih cekap, adalah penting untuk membangunkan bahan pembungkusan elektronik ringan baharu dengan kekonduksian terma lebih daripada 400W/(m·K) dan pekali pengembangan yang sepadan dengan bahan semikonduktor. Sebagai bahan pembungkusan elektronik jenis baharu, bahan komposit berlian/logam telah beransur-ansur berpindah ke tengah pentas selepas lebih sepuluh tahun penyelidikan dan pembangunan, dan amat diharapkan.
Berlian mempunyai prestasi cemerlang seperti lebar jalur terlarang yang besar, kekerasan tinggi dan kekonduksian terma, kelajuan hanyutan tepu elektron yang tinggi, rintangan suhu tinggi, rintangan kakisan dan rintangan sinaran. Ia digunakan dalam elektronik kuasa voltan tinggi dan berkecekapan tinggi, mikroelektronik frekuensi tinggi dan berkuasa tinggi, optoelektronik Ultraviolet dalam dan bidang lain mempunyai prospek aplikasi yang sangat penting. Berlian mempunyai kekonduksian terma tertinggi (2200W/(m·K)) antara bahan semula jadi yang diketahui pada masa ini, iaitu 4 kali lebih besar daripada silikon karbida (SiC), 13 kali lebih besar daripada silikon (Si), dan lebih besar daripada galium arsenide (GaAs). ) Ia adalah 43 kali lebih besar, iaitu 4 hingga 5 kali ganda daripada tembaga dan perak. Pada masa ini, bahan komposit pelesapan haba berlian/logam adalah menjanjikan.
Berlian adalah kristal padu, dibentuk oleh ikatan kovalen atom karbon. Banyak sifat ekstrem berlian adalah hasil langsung daripada kekuatan ikatan kovalen sp³ yang membentuk struktur tegar dan sebilangan kecil atom karbon. Logam mengalirkan haba melalui elektron bebas, dan kekonduksian habanya yang tinggi dikaitkan dengan kekonduksian elektrik yang tinggi. Sebaliknya, pengaliran haba dalam berlian hanya dicapai oleh getaran kekisi (iaitu, fonon). Ikatan kovalen yang sangat kuat antara atom berlian menjadikan kekisi kristal tegar mempunyai frekuensi getaran yang tinggi, jadi suhu ciri Debyenya adalah setinggi 2220K. Oleh kerana kebanyakan aplikasi jauh lebih rendah daripada suhu Debye, penyerakan fonon adalah kecil, jadi rintangan pengaliran haba dengan fonon sebagai medium adalah sangat kecil. Tetapi sebarang kecacatan kekisi akan menghasilkan penyerakan fonon, dengan itu mengurangkan kekonduksian terma, yang merupakan ciri yang wujud bagi semua bahan kristal.
Kekonduksian terma bahan komposit berlian/kuprum dihadkan terutamanya oleh reka bentuk dan proses penyediaan antara muka bahan komposit, khususnya kekonduksian terma intrinsik matriks kuprum, berlian, pecahan volum berlian, saiz zarah, dan penambahbaikan antara muka antara kedua-dua Ia juga amat penting. Secara amnya, berlian dengan bentuk kristal lengkap, kandungan nitrogen rendah, saiz 100-500 um digunakan sebagai fasa pengukuhan bahan komposit untuk mengelakkan permukaan daripada berubah menjadi fasa seperti grafit, meningkatkan pecahan volum berlian dalam komposit bahan, dan membantu mendapatkan bahan komposit berlian/ Tembaga berkualiti tinggi.
Dalam menghadapi komponen semikonduktor dengan ketumpatan kuasa yang sentiasa meningkat, adalah wajar menantikan sama ada bahan komposit berlian/logam boleh mencapai pelesapan haba yang cepat.
