Використання вуглецевих нанотрубок дозволяє створити високоефективні системи відводу тепла від кристалів напівпровідникових чіпів
Дослідники з японського Національного інституту AIST (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology) на конференції IEDM 2012 оголосили про розробку нової технології відводу тепла з нутрощів кристалів напівпровідникових чіпів, в якій використовуються теплові канали з вуглецевих нанотрубок, прокладених у спеціальних перехідних отворах, виконаних в кристалі кремнію.
Теплопровідність вуглецевих нанотрубок становить від 3000 до 3500 Вт/мК, що приблизно в десят разів вище, ніж теплопровідність міді, яка дорівнює 400 Вт/мК. При цьому, коефіцієнт теплового розширення вуглецевих нанотрубок, менше, ніж у міді, тому нанотрубки будуть створювати менші напруги в кристалі кремнію із-за теплового розширення. Всі ці привабливі характеристики вуглецевих нанотрубок стали причиною розробки фахівцями інституту AIST нової технології формування перехідних отворів і створення теплових каналів на основі нанотрубок, які будуть швидко і ефективно відводити надлишки тепла з внутрішніх частин напівпровідникових чіпів.
Але, як показала практика, отримати високу теплопровідність вуглецевих нанотрубок виявилося не так вже й просто. Основною перешкодою цьому була низька щільність самих нанотрубок, вирощених з допомогою технології хімічного осадження вуглецю з пароподібної фази. Але дослідники знайшли вихід зі сформованої ситуації. Для цього виявилося достатньо лише збільшити товщину шару кобальтового каталізатора до 1.5 нм і використовувати метод формування плівок під назвою "STEP".
Метод "STEP" зазвичай дозволяє вирощувати графен при відносно низькій температурі, а потім, піднімаючи температуру за заданим графіком, можна прибрати дефекти у сформованій графенової плівки та отримати графен з заданими властивостями. У результаті вченим вдалося сформувати високощільні вуглецеві нанотрубки і отримати теплову провідність теплових каналів в 10-100 разів до рівня 260 Вт/мК.
Звичайно, отримане значення теплопровідності ще недотягує до теплопровідності мідних каналів. Але вчені інституту AIST впевнені, що проведені дослідження - це лише "перший млинець", який, як відомо, "завжди комом". Вони розраховують, що в самому найближчому майбутньому їм вдасться повністю реалізувати розроблену технологію і отримати теплопровідність каналів, що не відрізняється від теплопровідності самих вуглецевих нанотрубок.