Quando pensiamo alla tecnologia moderna nella nostra vita quotidiana, telefoni, compresse, e computer portatili, mi viene subito in mente. L'utilizzo di questi dispositivi elettronici per lunghi periodi di tempo porta a un problema familiare:il surriscaldamento. Poiché l'elettronica è diventata più piccola, sbarazzarsi del calore è diventato più impegnativo e più necessario.

Tutti hanno sentito il telefono riscaldarsi nei palmi delle mani mentre giocavano o hanno dovuto spostare il computer dal grembo al tavolo per sfuggire alla sensazione di bruciore di una sessione di navigazione andata troppo a lungo. Tipicamente, il calore viene rimosso attraverso il fondo dei transistor (dispositivi a semiconduttore) che compongono i dispositivi elettronici; però, una ricerca del College of Engineering della Carnegie Mellon University ha dimostrato che la parte superiore del transistor offre un percorso aggiuntivo di rimozione del calore.

I ricercatori hanno combinato approcci analitici e simulazioni di materiali atomici (modellazione di materiali a livello atomico sul computer) per sviluppare una nuova teoria predittiva per quantificare la rimozione del calore dal lato superiore di un transistor. Il lavoro è stato condotto da Jonathan Malen e Alan McGaughey, professori di ingegneria meccanica, e dottorato di ricerca studente Henry Aller. I risultati sono stati pubblicati in Revisione fisica applicata .

"Esiste il modo convenzionale per rimuovere il calore dall'elettronica, che è attraverso il fondo, " ha detto McGaughey. "Per farlo uscire attraverso la parte superiore, devi passare da un semiconduttore a un metallo. Il metallo ha uno scopo in questi dispositivi, che è quello di fornire l'elettricità; ma ha anche il potenziale per aiutare a rimuovere il calore. I metalli sono stati tipicamente scelti tenendo conto degli aspetti elettrici, ma non gli aspetti termici."

Il problema con questo approccio è che i metalli sono attualmente preferiti per le loro proprietà elettriche e stabilità dalle interfacce con semiconduttori che presentano una grande resistenza alla rimozione del calore. Una scarsa rimozione del calore porta a temperature di esercizio elevate e una durata più breve. La ricerca del team suggerisce che utilizzando due strati di metallo, con un'attenta selezione della composizione e dello spessore dello strato intermedio, può diminuire la resistenza alla rimozione del calore.

Il loro modello aiuterà a semplificare lo sviluppo di dispositivi termicamente efficienti. McGaughey ha aggiunto, "Uno dei risultati di questo lavoro è che ora possiamo esplorare in modo efficiente come scegliere i metalli da mettere in cima all'elettronica, per aumentare la rimozione del calore mantenendo la normale funzionalità elettrica."

Sebbene l'applicazione della loro ricerca possa essere immediatamente rilevante per l'elettronica ad alta potenza utilizzata per le tecnologie di comunicazione, McGaughey ha affermato che avrà una vasta gamma di utilizzo.

Nonostante i dettagli siano complessi, McGaughey crede che l'equazione finale, che descrive matematicamente la fisica fondamentale ed è stato convalidato rispetto a oltre 100 esperimenti esistenti, è facile da usare, prestandosi a future espansioni e ricerche.