p Um grupo de pesquisadores da Universidade da Califórnia, A Riverside Bourns College of Engineering desenvolveu uma técnica para manter a refrigeração de um material semicondutor usado em tudo, de semáforos a carros elétricos. p Nitreto de Gálio (GaN), um material semicondutor utilizado em luzes brilhantes desde a década de 1990, é usado em aplicações sem fio devido à sua alta eficiência e operação em alta tensão. Contudo, as aplicações e a participação no mercado de eletrônicos GaN são limitadas porque é difícil remover o calor deles.

p Isso pode mudar devido a uma técnica desenvolvida pelo grupo de pesquisa do Nano-Device Laboratory liderado por Alexander Balandin, professor de engenharia elétrica e cadeira fundadora do programa de Ciência e Engenharia de Materiais.

p O grupo de pesquisa demonstrou que pontos quentes em transistores GaN podem ser reduzidos em até 20 graus Celsius através da introdução de canais alternativos de escape de calor implementados com multicamadas de grafeno, que são excelentes condutores de calor. A redução da temperatura se traduz em um aumento na vida útil do dispositivo por um fator de 10.

p "Isso representa uma mudança transformadora no gerenciamento térmico, "Balandin disse.

p A nova abordagem para gerenciamento térmico de eletrônica de potência com grafeno foi delineada em um artigo "Colchas de grafeno para gerenciamento térmico de transistores GaN de alta potência" que foi publicado em 8 de maio em Nature Communications .

p Os transistores GaN são oferecidos comercialmente desde 2006. O problema com eles, como todos os dispositivos operacionais de alta potência, é uma quantidade significativa de calor dissipado, que deve ser removido de forma rápida e eficiente. Várias soluções de gerenciamento térmico, como ligação flip-chip ou substratos compostos, foram tentadas. Contudo, as aplicações ainda têm sido limitadas devido aos aumentos de temperatura devido ao calor dissipado.

p O avanço no gerenciamento térmico de transistores de potência GaN foi alcançado por Balandin e três de seus alunos de graduação em engenharia elétrica:Guanxiong Liu, Zhong Yan, ambos Ph.D. candidatos, e Javed Khan, que obteve seu Ph.D. e comecei a trabalhar na Intel Corporation este ano.

p Balandin - ganhador do prêmio IEEE Nanotechnology Pioneer Award de 2011 - já havia descoberto que o grafeno é um excelente condutor de calor. Os filmes de grafeno de poucas camadas preservam suas excelentes propriedades térmicas, mesmo quando sua espessura é de apenas alguns nanômetros, que é diferente de filmes de metal ou semicondutores. Este último os torna excelentes candidatos para aplicações como dissipadores de calor laterais e interconexões.

p Os pesquisadores do grupo Balandin projetaram e construíram "mantas" de grafeno-grafite sobre transistores GaN. A função das mantas de grafeno-grafite era remover e espalhar o calor dos pontos quentes - o oposto do que você espera das mantas convencionais.

p Usando termometria espectroscópica micro-Raman, os pesquisadores demonstraram que a temperatura dos pontos quentes pode ser reduzida em até 20 graus Celsius em transistores operando em grandes níveis de potência.

p As simulações de computador realizadas pelo grupo sugeriram que as mantas de grafeno podem ter um desempenho ainda melhor em dispositivos GaN em substratos mais resistentes termicamente.

p O grupo Balandin também é conhecido na comunidade do grafeno por sua investigação de ruído de baixa frequência em transistores de grafeno, desenvolvimento do primeiro método de grande área para controle de qualidade de grafeno e demonstração do primeiro sensor seletivo de gás implementado com grafeno puro.

p O trabalho sobre gerenciamento térmico de transistores GaN com mantas de grafeno foi apoiado pelo Office of Naval Research. A pesquisa de Balandin sobre as propriedades térmicas do grafeno foi financiada pela Semiconductor Research Corporation e pela Defense Advanced Research Project Agency.