Quando pensamos em tecnologia moderna em nossas vidas diárias, telefones, tablets, e laptops, imediatamente vêm à mente. O uso desses dispositivos eletrônicos por longos períodos de tempo leva a um problema conhecido:o superaquecimento. Como os eletrônicos ficaram menores, livrar-se do calor tornou-se mais desafiador e mais necessário.

Todo mundo já sentiu o telefone esquentar nas palmas das mãos enquanto jogava ou precisou mudar o computador do colo para a mesa para escapar da sensação de queimação de uma sessão de navegação muito longa. Tipicamente, o calor é removido pela parte inferior dos transistores (dispositivos semicondutores) que compõem os dispositivos eletrônicos; Contudo, uma pesquisa da Faculdade de Engenharia da Carnegie Mellon University mostrou que a parte superior do transistor oferece um caminho adicional de remoção de calor.

Os pesquisadores combinaram abordagens analíticas e simulações de materiais atomísticos (modelagem de materiais no nível atômico no computador) para desenvolver uma nova teoria preditiva para quantificar a remoção de calor da parte superior de um transistor. O trabalho foi conduzido por Jonathan Malen e Alan McGaughey, professores de engenharia mecânica, e Ph.D. estudante Henry Aller. Os resultados foram publicados em Revisão Física Aplicada .

"Existe a maneira convencional de remover o calor dos eletrônicos, que é pela parte inferior, "disse McGaughey." Para tirá-lo do topo, você tem que ir de um semicondutor a um metal. O metal tem uma função nesses dispositivos, que é fornecer a eletricidade; mas também tem o potencial de ajudar a remover o calor. Os metais são normalmente escolhidos com os aspectos elétricos em mente, mas não os aspectos térmicos. "

O problema com essa abordagem é que os metais são atualmente preferidos por suas propriedades elétricas e estabilidade a partir de interfaces com semicondutores que apresentam uma grande resistência à remoção de calor. A baixa remoção de calor leva a altas temperaturas de operação e vida útil mais curta. A pesquisa da equipe sugere que usando duas camadas de metal, com seleção cuidadosa da composição e espessura da camada intermediária, pode diminuir a resistência à remoção de calor.

Seu modelo ajudará a agilizar o desenvolvimento de dispositivos termicamente eficientes. McGaughey adicionou, "Um dos resultados deste trabalho é que agora podemos explorar de forma eficiente como escolher os metais para colocar no topo da eletrônica, para aumentar a remoção de calor, mantendo a funcionalidade elétrica normal. "

Embora a aplicação de sua pesquisa possa ser imediatamente relevante para a eletrônica de alta potência usada para tecnologias de comunicação, McGaughey expressou que terá uma ampla gama de utilização.

Apesar dos detalhes serem complexos, McGaughey acredita que a equação final, que descreve matematicamente a física fundamental e foi validado em mais de 100 experimentos existentes, é fácil de usar, emprestando-se para futura expansão e pesquisa.