L'interposizione di materiali bidimensionali utilizzati nei dispositivi nanoelettronici tra le loro basi di silicio tridimensionali e uno strato ultrasottile di ossido di alluminio può ridurre significativamente il rischio di guasti dei componenti dovuti al surriscaldamento, secondo un nuovo studio pubblicato sulla rivista di Materiale avanzato guidato da ricercatori dell'Università dell'Illinois al Chicago College of Engineering.

Molti dei componenti elettronici odierni a base di silicio contengono materiali 2-D come il grafene. L'incorporazione di materiali 2-D come il grafene, che è composto da uno strato di atomi di carbonio dello spessore di un singolo atomo, in questi componenti consente loro di essere diversi ordini di grandezza più piccoli rispetto a quelli realizzati con materiali convenzionali, Materiali 3D. Inoltre, I materiali 2-D consentono anche altre funzionalità uniche. Ma i componenti nanoelettronici con materiali 2-D hanno un tallone d'Achille:sono soggetti a surriscaldamento. Ciò è dovuto alla scarsa conducibilità termica dei materiali 2-D alla base di silicio.

"Nel campo della nanoelettronica, la scarsa dissipazione del calore dei materiali 2-D è stata un collo di bottiglia per realizzare appieno il loro potenziale nel consentire la produzione di componenti elettronici sempre più piccoli pur mantenendo la funzionalità, " disse Amin Salehi-Khojin, professore associato di ingegneria meccanica e industriale presso il College of Engineering dell'UIC.

Uno dei motivi per cui i materiali 2-D non possono trasferire in modo efficiente il calore al silicio è che le interazioni tra i materiali 2-D e il silicio in componenti come i transistor sono piuttosto deboli.

"I legami tra i materiali 2-D e il substrato di silicio non sono molto forti, quindi quando il calore si accumula nel materiale 2-D, crea punti caldi che causano surriscaldamento e guasti del dispositivo, "ha spiegato Zahra Hemmat, uno studente laureato presso l'UIC College of Engineering e co-primo autore del documento.

Al fine di migliorare la connessione tra il materiale 2-D e la base di silicio per migliorare la conduttanza termica dal materiale 2-D al silicio, gli ingegneri hanno sperimentato l'aggiunta di un ulteriore strato di materiale ultrasottile sopra lo strato 2-D, creando in effetti un "nano-sandwich" con la base di silicio e il materiale ultrasottile come "pane".

"Aggiungendo un altro strato 'incapsulante' sopra il materiale 2-D, siamo stati in grado di raddoppiare il trasferimento di energia tra il materiale 2-D e la base di silicio, "Ha detto Salehi-Khojin.

Salehi-Khojin e i suoi colleghi hanno creato un transistor sperimentale utilizzando l'ossido di silicio per la base, carburo per il materiale 2-D e ossido di alluminio per il materiale incapsulante. A temperatura ambiente, i ricercatori hanno visto che la conduttanza del calore dal carburo alla base di silicio era il doppio con l'aggiunta dello strato di ossido di alluminio rispetto a senza di esso.

"Mentre il nostro transistor è un modello sperimentale, dimostra che aggiungendo un ulteriore, strato incapsulante a questi nanoelettronica 2-D, possiamo aumentare significativamente il trasferimento di calore alla base di silicio, che contribuirà notevolmente a preservare la funzionalità di questi componenti riducendo la probabilità che si brucino, " ha detto Salehi-Khojin. "I nostri prossimi passi includeranno la sperimentazione di diversi strati di incapsulamento per vedere se possiamo migliorare ulteriormente il trasferimento di calore".