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O diamante, valorizado pela sua excepcional condutividade térmica, é considerado o “padrão ouro” entre os materiais de dissipação de calor. No entanto, a sua extrema dureza e os desafios de processamento têm aplicações práticas limitadas.
Para resolver isso, a equipe propôs um método de crescimento de diamantes “de baixo para cima”. Ao construir diretamente camadas de diamante padronizadas na superfície do chip, é alcançada uma extração de calor precisa. Comparado ao processamento tradicional “de cima para baixo” – onde um bloco de diamante sólido é primeiro fabricado e depois cortado e gravado – o novo método evita danos materiais e custos elevados.
Esta tecnologia emprega deposição química de vapor por plasma de micro-ondas (CVD) . Os pesquisadores primeiro criam um “modelo” na superfície do chip usando fotolitografia e, em seguida, depositam “sementes” de diamante em nanoescala no modelo .
Dentro de um reator de alta energia, o gás rico em carbono é convertido em plasma por energia de micro-ondas. Os átomos de carbono então se depositam e aderem aos núcleos, crescendo camada por camada até formar uma camada de diamante termicamente condutora. Os investigadores enfatizam que a nucleação é o passo crítico no crescimento do diamante, fornecendo a base para os átomos de carbono formarem uma estrutura cristalina.
Na eletrônica, o calor é um fator central que limita o desempenho. Uma redução de temperatura de 23°C tem significado prático, não apenas prolongando a vida útil do dispositivo, mas também permitindo velocidades operacionais mais altas sem superaquecimento.
De acordo com o relatório, a fotolitografia é empregada para aplicações de padronização complexa de alta resolução, enquanto filmes finos de corte a laser são usados para cenários de grandes áreas, alcançando adaptabilidade do processo em diferentes contextos. Considera-se que esta flexibilidade proporciona um caminho viável para a industrialização.
Além disso, o processo é compatível com vários materiais de substrato semicondutor, incluindo silício e nitreto de gálio, estabelecendo as bases para a integração de camadas térmicas de diamante de alto desempenho em diversos caminhos tecnológicos.
A equipe de pesquisa relata que o novo método foi ampliado com sucesso para a fabricação de wafers de 2 polegadas, com aplicações potenciais em dispositivos semicondutores de alta potência, como chips de IA e hardware 5G.
A equipe identificou uma abordagem escalável e eficaz para integrar a tecnologia de gerenciamento térmico de diamante em dispositivos eletrônicos. Isto tem implicações potenciais para melhorar a eficiência e a confiabilidade de smartphones, baterias e equipamentos de computação.
A próxima fase da equipe de pesquisa visa otimizar a ligação da interface entre a camada de diamante e os componentes eletrônicos subjacentes para alcançar uma integração estrutural mais estreita. Um avanço nesta área poderia facilitar o desenvolvimento de dispositivos transistorizados de próxima geração, capazes de velocidades mais altas e maior manuseio de energia.
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