Science:砷化硼可为高功率电子产品很好的散热

图为材料科学与工程系教授兼系主任David Cahill共同领导的一项研究，该研究有助于优化高导热材料砷化硼的合成，以便更好的消散高功率电子产品中的热量。图片来源：L. Brian Stauffer

大功率电子设备的内部在工作时必须保持冷却才能可靠地运行。内部温度过高会使程序运行变慢，冻结或有可能导致关闭。伊利诺伊大学香槟分校和德克萨斯大学达拉斯分校的研究人员共同合作优化了砷化硼的晶体生长过程，使它具有优异的热性能，能够有效地消散电子设备产生的热量。

该研究结果在《Science》期刊上发表，标志了先前预想的此类导热率超高材料的首次实现。

研究人员表示，砷化硼材料不是大自然自有的，因此需要科学家在实验室中进行合成。它还需要非常特殊的结构和低缺陷密度以使其具有一定的峰值导热率，从而使其生长方式变得外界可控。

该论文的共同作者，伊利诺伊州材料科学与工程系教授兼主任的David Cahill表示：“我们研究了在德克萨斯大学达拉斯分校（UT Dallas）所合成砷化硼晶体的结构缺陷并测量了它的导热系数。我们的实验还表明，原始理论是不完整的，需要进一步完善才能完全理解高导热系数。”

今天的大多数高性能计算机芯片和高功率电子设备都是由硅制成的，硅作为一种结晶半导体材料，可以充分散热。但该团队表示，但当硅与其他冷却技术相结合时，散热效果却不好。

钻石导热系数最高，约为硅的15倍。但金刚石用于电子产品的热管理方面时存在一定的问题。 “虽然钻石偶尔会被要求纳入对散热应用要求较高的设备中，但天然钻石的成本过高，人造金刚石薄膜的结构又存在缺陷，使得这种材料在电子产品中不能广泛应用。”该论文的共同作者，也是达拉斯大学的物理学教授Bing Lv如此说道。

伊利诺伊大学的博士后研究员Qiye Zheng说：“使用化学气相传输的技术可合成砷化硼晶体。元素硼和砷在气相中结合，然后冷凝结小晶体。我们进行各种材料表征和反复试验，最终找到了能够产生足够高质量晶体的条件。”

伊利诺伊大学团队使用电子显微镜和时域热反射（TDTR）技术来验证实验室生长的晶体是否含有导致热导率降低的缺陷类型。

“我们测量了本研究中生产的数十种砷化硼晶体，发现该材料的导热系数比目前用作散热器最佳材料的还高三倍，”Zheng 说。

研究人员说，研究的下一步计划是尝试利用其他工艺技术来改善这种材料在大规模应用中的生长和性能。

文章来源于rdmag网站，由材料新闻在线团队编译，原文题目：High-Power Electronics Keep Their Cool With New Heat-Conducting Crystals，由材料科技在线汇总整理。