חוקרים מאוניברסיטת טוקיו מדגימים העברת חום קרינה משופרת על פני מרווח בין שתי לוחות סיליקון בגודל מיקרו על ידי ציפוין בשכבה של סיליקון דו חמצני, מה שעשוי לשפר משמעותית את ניהול החום של מחשבים. קרדיט: המכון למדעי התעשייה, אוניברסיטת טוקיו
חוקרים יפנים שיפרו את פיזור החום בננו-מכשירים על ידי הוספת ציפוי סיליקון דו חמצני למבני סיליקון, מה שעשוי לחולל מהפכה בעיצוב וביעילות של מכשירים אלקטרוניים עתידיים.
חוקרים מיפן עבדו קשה כדי לשמור על קור רוח – או לפחות – למנוע מהננו-מכשירים שלהם להתחמם יתר על המידה. על ידי הוספת ציפוי זעיר של סיליקון דו חמצני למבני סיליקון בגודל מיקרו, הם הצליחו להראות עלייה משמעותית בקצב פיזור החום. עבודה זו עשויה להוביל למכשירים אלקטרוניים קטנים וזולים יותר שיכולים לארוז יותר מעגלים מיקרוניים.
ככל שהאלקטרוניקה הצרכנית הופכת יותר ויותר קומפקטית, בעודה מתהדרת בכוח עיבוד מוגבר, הצורך בניהול פסולת חום ממעגלים מיקרוניים הפך לדאגה גדולה. כמה מכשירים מדעיים ו ננומטרי מכונות דורשות בחינה מדוקדקת של האופן שבו חום מקומי יורחק מהמכשיר על מנת למנוע נזק. התקררות מסוימת מתרחשת כאשר חום מוקרן כגלים אלקטרומגנטיים – בדומה לאופן שבו כוח השמש מגיע לכדור הארץ דרך ואקום החלל. עם זאת, קצב העברת האנרגיה יכול להיות איטי מכדי להגן על הביצועים של מעגלים אלקטרוניים משולבים רגישים וארוזים בצפיפות. כדי שהדור הבא של מכשירים יפותח, ייתכן שיהיה צורך להקים גישות חדשות כדי לטפל בבעיה זו של העברת חום.
ממצאי מחקר והשלכות
במחקר שפורסם לאחרונה בכתב העת מכתבי סקירה פיזית, חוקרים מהמכון למדעי התעשייה באוניברסיטת טוקיו, הראו כיצד ניתן להכפיל את קצב העברת החום הקרינה בין שתי לוחות סיליקון בקנה מידה מיקרו המופרדים בפער זעיר. המפתח היה שימוש בציפוי של סיליקון דו חמצני שיצר צימוד בין התנודות התרמיות של הלוח על פני השטח (הנקראים פונונים) לבין הפוטונים (המרכיבים את הקרינה).
"הצלחנו להראות הן באופן תיאורטי והן בניסוי כיצד גלים אלקטרומגנטיים נרגשים בממשק של שכבת התחמוצת שהגבירה את קצב העברת החום", אומר המחבר הראשי של המחקר, Saeko Tachikawa. גודלן הקטן של השכבות בהשוואה לאורכי הגל של האנרגיה האלקטרומגנטית והצמדתה ללוחית הסיליקון, הנושאת את האנרגיה ללא הפסד, אפשרו למכשיר לעבור את הגבולות הרגילים של העברת חום, וכך להתקרר מהר יותר.
מכיוון שהמיקרו-אלקטרוניקה הנוכחית כבר מבוססת על סיליקון, ניתן לשלב בקלות את ממצאי המחקר הזה בדורות הבאים של התקני מוליכים למחצה. "העבודה שלנו מספקת תובנות לגבי אסטרטגיות ניהול אפשריות של פיזור חום בתעשיית המוליכים למחצה, יחד עם תחומים שונים הקשורים אחרים כגון ייצור ננו-טק", אומר הסופר הבכיר, Masahiro Nomura. המחקר גם עוזר לבסס הבנה בסיסית טובה יותר של אופן פעולת העברת החום ברמת הננו, מכיוון שזה עדיין תחום של מחקר פעיל.
