Yn yr oes 5G, a all cyfansoddion diemwnt / metel arbed dyfeisiau lled-ddargludyddion gorboethi?

Gyda datblygiad cyflym technoleg electronig, mae technoleg gyfathrebu wedi dod i mewn i'r oes 5G yn raddol. Tra bod y deunyddiau lled-ddargludyddion yn cael eu diweddaru'n gyson, mae cylchedau integredig hefyd yn symud i gyfeiriad pŵer mawr, integreiddio uchel a phwer uchel. Mae cymhwyso deunyddiau lled-ddargludyddion bandgap eang a gynrychiolir gan SiC a GaN wedi arwain at ddatblygiad cyflym transistorau deubegwn giât wedi'u hinswleiddio (IGBTs), sy'n agor sefyllfa newydd ar gyfer cenhedlaeth newydd o dechnoleg gwybodaeth.

Pwer uchel a dwysedd cerrynt uchel yw tueddiad datblygu sglodion IGBT, a fydd yn anochel yn achosi gorgynhesu cydrannau electronig. Mae data ymchwil yn dangos pan fydd tymheredd wyneb y sglodyn yn cyrraedd 70-80 ° C, mae dibynadwyedd y sglodyn yn gostwng 5% ar gyfer pob cynnydd o 1 ° C yn y tymheredd. Mae mwy na 55% o ddulliau methu dyfeisiau electronig yn cael eu hachosi gan dymheredd gormodol. Er mwyn datrys y broblem afradu gwres, yn ogystal â mabwysiadu technoleg oeri fwy effeithlon, mae'n frys datblygu deunyddiau pecynnu electronig ysgafn newydd gyda dargludedd thermol sy'n fwy na 400W / (m · K) a chyfernod ehangu sy'n cyfateb i'r deunydd lled-ddargludyddion. Fel math newydd o ddeunydd pecynnu electronig, mae deunyddiau cyfansawdd diemwnt / metel wedi symud yn raddol i ganol y llwyfan ar ôl mwy na deng mlynedd o ymchwil a datblygu, ac mae disgwyl mawr amdanynt.

Mae gan Diamond berfformiad rhagorol fel lled band gwaharddedig mawr, caledwch uchel a dargludedd thermol, cyflymder drifft dirlawnder electronau uchel, ymwrthedd tymheredd uchel, ymwrthedd cyrydiad, ac ymwrthedd ymbelydredd. Fe'i defnyddir mewn electroneg pŵer foltedd uchel ac effeithlonrwydd uchel, mae gan ficro -lectroneg pŵer uchel-amledd a phwer uchel, optoelectroneg Uwchfioled dwfn a meysydd eraill ragolygon cais hynod bwysig. Mae gan diemwnt y dargludedd thermol uchaf (2200W / (m · K)) ymhlith y sylweddau naturiol y gwyddys amdanynt ar hyn o bryd, sydd 4 gwaith yn fwy na charbid silicon (SiC), 13 gwaith yn fwy na silicon (Si), ac yn fwy na gallium arsenide (GaAs) ) Mae'n 43 gwaith yn fwy, sydd 4 i 5 gwaith yn fwy na chopr ac arian. Ar hyn o bryd, mae deunyddiau cyfansawdd sy'n gwasgaru gwres diemwnt / metel yn addawol.

Mae diemwnt yn grisial ciwbig, a ffurfiwyd trwy fondio cofalent atomau carbon. Mae llawer o briodweddau eithafol diemwnt yn ganlyniad uniongyrchol i'r cryfder bond cofalent sp³ sy'n ffurfio strwythur anhyblyg a nifer fach o atomau carbon. Mae metel yn dargludo gwres trwy electronau rhydd, ac mae ei ddargludedd thermol uchel yn gysylltiedig â dargludedd trydanol uchel. Mewn cyferbyniad, dim ond trwy ddirgryniadau dellt (hy, ffonau) y cyflawnir dargludiad gwres mewn diemwnt. Mae'r bondiau cofalent hynod gryf rhwng atomau diemwnt yn gwneud i'r dellt grisial anhyblyg amledd dirgryniad uchel, felly mae ei dymheredd nodweddiadol Debye mor uchel â 2220K. Gan fod mwyafrif y cymwysiadau yn llawer is na thymheredd Debye, mae'r gwasgariad ffonon yn fach, felly mae'r gwrthiant dargludiad gwres gyda'r ffon gan fod y cyfrwng yn fach iawn. Ond bydd unrhyw ddiffyg dellt yn cynhyrchu gwasgariad ffonon, a thrwy hynny leihau dargludedd thermol, sy'n nodwedd gynhenid ​​o'r holl ddeunyddiau crisial.

Mae dargludedd thermol deunyddiau cyfansawdd diemwnt / copr wedi'i gyfyngu'n bennaf gan broses ddylunio a pharatoi'r rhyngwyneb deunydd cyfansawdd, yn benodol dargludedd thermol cynhenid ​​y matrics copr, diemwnt, ffracsiwn cyfaint diemwnt, maint gronynnau, a gwella'r rhyngwyneb rhwng y ddau Mae hefyd yn arbennig o bwysig. Yn gyffredinol, defnyddir diemwnt gyda ffurf grisial gyflawn, cynnwys nitrogen isel, maint 100-500 um fel cam atgyfnerthu'r deunydd cyfansawdd i atal yr wyneb rhag trawsnewid yn gyfnod tebyg i graffit, cynyddu'r ffracsiwn cyfaint o diemwnt yn y cyfansawdd. deunydd, a helpu i gael deunydd cyfansawdd diemwnt / Copr o ansawdd uchel.

Yn wyneb cydrannau lled-ddargludyddion â dwysedd pŵer sy'n cynyddu o hyd, mae'n werth edrych ymlaen at a all deunyddiau cyfansawdd diemwnt / metel gyflawni afradu gwres yn gyflym.