El progreso continuo en la miniaturización de dispositivos microelectrónicos y fotónicos de silicio está provocando que el enfriamiento de las estructuras del dispositivo sea cada vez más desafiante. El transporte de calor convencional en materiales a granel está dominado por fonones acústicos, que son cuasipartículas que representan las vibraciones de la red del material, similar alforma en que los fotones representan ondas de luz. Desafortunadamente, este tipo de enfriamiento está llegando a sus límites en estas diminutas estructuras.
Sin embargo, los efectos de superficie se vuelven dominantes a medida que los materiales en los dispositivos nanoestructurados se vuelven más delgados, lo que significa que las ondas de superficie pueden proporcionar la solución de transporte térmico requerida.propagarse a lo largo de las superficies de las membranas dieléctricas, han mostrado una promesa particular, y un equipo dirigido por investigadores del Instituto de Ciencias Industriales de la Universidad de Tokio ha demostrado y verificado las mejoras de conductividad térmica proporcionadas por estas ondas.
"Generamos SPhP en membranas de nitruro de silicio con varios espesores y medimos las conductividades térmicas de estas membranas en amplios rangos de temperatura", dice el autor principal del estudio Yunhui Wu. "Esto nos permitió establecer las contribuciones específicas de los SPhP a laconductividad térmica mejorada observada en las membranas más delgadas. "
El equipo observó que la conductividad térmica de las membranas con espesores de 50 nm o menos en realidad se duplicó cuando la temperatura aumentó de 300 K a 800 K aproximadamente 27 ° C a 527 ° C.La membrana de nm de grosor disminuyó en el mismo rango de temperatura porque los fonones acústicos todavía dominaban en ese grosor.
"Las mediciones mostraron que la función dieléctrica del nitruro de silicio no cambió mucho en el rango de temperatura experimental, lo que significó que las mejoras térmicas observadas podrían atribuirse a la acción de los SPhP", explica Masahiro Nomura, senior del Instituto de Ciencias Industriales.autor del estudio. "La longitud de propagación de SPhP a lo largo de la interfaz de la membrana aumenta cuando el grosor de la membrana disminuye, lo que permite que los SPhP conduzcan mucha más energía térmica que los fonones acústicos cuando se utilizan estas membranas muy delgadas".
El nuevo canal de enfriamiento proporcionado por los SPhP puede compensar la conductividad térmica reducida del fonón que se produce en los materiales nanoestructurados. Por lo tanto, se espera que los SPhP encuentren aplicaciones en la gestión térmica de dispositivos microelectrónicos y fotónicos basados en silicio.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Ciencias Industriales, Universidad de Tokio . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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