सेमीकंडक्टर क्षेत्र में हीरे के अनुप्रयोग में एक और सफलता

कृत्रिम बुद्धिमत्ता प्रौद्योगिकी की प्रगति के साथ, एकीकृत सर्किट फीचर आकार को लगातार छोटा किया जा रहा है और एकीकरण घनत्व में वृद्धि जारी है, जिससे डिवाइस स्तर के ताप प्रवाह में उल्लेखनीय वृद्धि हुई है। वर्तमान में, इलेक्ट्रॉनिक चिप्स का ताप प्रवाह घनत्व लगभग 1000 W/cm² तक पहुंच गया है, स्थानीय हॉट स्पॉट हजारों W/cm² से अधिक है। यदि इस गर्मी को प्रभावी ढंग से नष्ट नहीं किया जा सकता है, तो डिवाइस का तापमान बढ़ जाएगा, प्रदर्शन में गिरावट आएगी, स्थिरता और विश्वसनीयता से समझौता किया जाएगा, और चरम मामलों में, विफलता या थर्मल बर्नआउट होगा।

 

माइक्रोचैनल हीट सिंक अपनी उच्च तापीय क्षमता, कॉम्पैक्ट संरचना और सिस्टम एकीकरण में आसानी के कारण एक लोकप्रिय तकनीक बन गए हैं। हालाँकि, उन्हें अपने ज्यामितीय विन्यास के कारण बढ़ते दबाव ड्रॉप और उच्च तापमान पर सतह के गुणों को बनाए रखने में कठिनाई जैसी चुनौतियों का सामना करना पड़ता है। हीरा, अपनी अत्यंत उच्च तापीय चालकता (1000{4}}2200 W/(m・K)), उच्च गलनांक और विद्युत इन्सुलेशन गुणों के साथ, तापीय चालकता और तापीय विस्तार गुणांक में अपने फायदे के साथ AlN सब्सट्रेट, और अपनी दोहरी हीटिंग और तापमान माप क्षमताओं के साथ पीटी पतली फिल्में, माइक्रोचैनल कूलिंग सिस्टम को अनुकूलित करने के लिए प्रमुख सामग्री हैं। लक्ष्य उच्च ताप प्रवाह थर्मल प्रबंधन की चुनौतियों का समाधान करने के लिए सीवीडी-डीएमसी पर आधारित एक विषम सामग्री एकीकृत शीतलन समाधान विकसित करना है।

 

नानजिंग यूनिवर्सिटी ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी के हू डिंगहुआ ने चाइना एकेडमी ऑफ इंजीनियरिंग फिजिक्स के माइक्रोसिस्टम और टेराहर्ट्ज रिसर्च सेंटर में क्वानफेंग झोउ की टीम के सहयोग से हाल ही में एक रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) डायमंड माइक्रोचैनल आधारित विषम सामग्री एकीकृत शीतलन (डीएमसी) समाधान का प्रस्ताव दिया है। सिमुलेशन और प्रयोगात्मक तरीकों के संयोजन का उपयोग करते हुए, उन्होंने अल्ट्रा {{2} उच्च ताप प्रवाह स्थितियों के तहत इसके ताप हस्तांतरण प्रदर्शन की व्यवस्थित रूप से जांच की। "उच्च ताप प्रवाह विषम सामग्री के लिए सीवीडी डायमंड माइक्रोचैनल कूलिंग का प्रायोगिक और संख्यात्मक अध्ययन एकीकृत डाईज़" शीर्षक वाला शोध इंटरनेशनल जर्नल ऑफ हीट एंड मास ट्रांसफर में प्रकाशित हुआ था।

 

अध्ययन में सीवीडी डायमंड माइक्रोचैनल्स को एल्यूमीनियम नाइट्राइड (एएलएन) सब्सट्रेट के साथ एकीकृत किया गया, जिस पर फेमटोसेकंड लेजर माइक्रोमशीनिंग का उपयोग करके विभिन्न ज्यामिति की रिब संरचनाएं बनाई गईं। अध्ययन में इष्टतम डिजाइन मापदंडों को निर्धारित करने के लिए आयताकार, गोलाकार और हीरे के आकार की पसलियों की गर्मी हस्तांतरण और प्रवाह विशेषताओं की तुलना करने पर ध्यान केंद्रित किया गया। अध्ययन में सबसे पहले समान संरचना वाले हीरे और सिलिकॉन माइक्रोचैनल के ताप अपव्यय प्रदर्शन की तुलना की गई। 1100 W/cm² के ताप प्रवाह पर, हीरे के माइक्रोचैनल का अधिकतम तापमान सिलिकॉन चैनल की तुलना में लगभग 30 डिग्री कम था, जो बेहतर ताप संचालन और प्रसार क्षमताओं को प्रदर्शित करता है। तीन पसली संरचनाओं की तुलना दर्शाती है कि हीरे के आकार की पसली संरचना बेहतर थर्मल प्रबंधन प्रदर्शन प्रदान करती है। 144 एमएल/मिनट की प्रवाह दर पर, हीरे के आकार की पसली के नमूने ने लगभग 66 डिग्री का अधिकतम तापमान हासिल किया, जो गोलाकार और सीधी पसलियों की तुलना में कम है। हीरे के आकार की संरचना प्रभावी ढंग से सीमा परत को बाधित करती है, द्रव मिश्रण को बढ़ावा देती है, और स्थानीय गर्मी हस्तांतरण गुणांक में सुधार करती है; हालाँकि, इसके परिणामस्वरूप दबाव में थोड़ी अधिक गिरावट भी होती है। प्रदर्शन मूल्यांकन सूचकांक (पीईसी) से पता चलता है कि हीरे के आकार की संरचना गर्मी हस्तांतरण और ऊर्जा खपत के बीच एक इष्टतम संतुलन प्राप्त करती है।

 

शोध के परिणाम उच्च {{0}हीट-फ्लक्स इलेक्ट्रॉनिक पैकेजिंग, पावर डिवाइस और एआई चिप्स के लिए नई शीतलन रणनीतियाँ प्रदान करते हैं। हीरे के माइक्रोचैनल की उच्च तापीय चालकता और विद्युत इन्सुलेशन गुण उन्हें डेटा केंद्रों, रेडियो फ्रीक्वेंसी मॉड्यूल और 3डी पैकेजिंग में भविष्य के अनुप्रयोगों के लिए आशाजनक बनाते हैं।