p O sanduíche de materiais bidimensionais usados ​​em dispositivos nanoeletrônicos entre suas bases de silício tridimensionais e uma camada ultrafina de óxido de alumínio pode reduzir significativamente o risco de falha do componente devido ao superaquecimento, de acordo com um novo estudo publicado na revista de Materiais avançados liderado por pesquisadores da Universidade de Illinois em Chicago College of Engineering. p Muitos dos componentes eletrônicos baseados em silício de hoje contêm materiais 2-D como o grafeno. Incorporar materiais 2-D como o grafeno - que é composto por uma camada de átomos de carbono com um único átomo de espessura - a esses componentes permite que eles sejam várias ordens de magnitude menores do que se fossem feitos com materiais convencionais, Materiais 3-D. Além disso, Os materiais 2-D também permitem outras funcionalidades exclusivas. Mas os componentes nanoeletrônicos com materiais 2-D têm um calcanhar de Aquiles - eles estão sujeitos a superaquecimento. Isso se deve à má condutância do calor dos materiais 2-D à base de silício.

p “No campo da nanoeletrônica, a fraca dissipação de calor de materiais 2-D tem sido um gargalo para a plena realização de seu potencial em permitir a fabricação de eletrônicos cada vez menores, mantendo a funcionalidade, "disse Amin Salehi-Khojin, professor associado de engenharia mecânica e industrial na Faculdade de Engenharia da UIC.

p Uma das razões pelas quais os materiais 2-D não podem transferir calor com eficiência para o silício é que as interações entre os materiais 2-D e o silício em componentes como os transistores são bastante fracas.

p "As ligações entre os materiais 2-D e o substrato de silício não são muito fortes, então, quando o calor aumenta no material 2-D, ele cria pontos quentes causando superaquecimento e falha do dispositivo, "explicou Zahra Hemmat, um estudante de pós-graduação na UIC College of Engineering e co-primeiro autor do artigo.

p A fim de melhorar a conexão entre o material 2-D e a base de silício para melhorar a condutância de calor do material 2-D para o silício, os engenheiros experimentaram adicionar uma camada ultrafina adicional de material no topo da camada 2-D - na verdade, criando um "nano-sanduíche" com base de silicone e material ultrafino como o "pão".

p "Ao adicionar outra camada 'encapsulante' no topo do material 2-D, conseguimos dobrar a transferência de energia entre o material 2-D e a base de silício, "Salehi-Khojin disse.

p Salehi-Khojin e seus colegas criaram um transistor experimental usando óxido de silício como base, carboneto para o material 2-D e óxido de alumínio para o material de encapsulamento. Em temperatura ambiente, os pesquisadores viram que a condutância do calor do carboneto para a base de silício era duas vezes maior com a adição da camada de óxido de alumínio do que sem ela.

p "Embora nosso transistor seja um modelo experimental, prova que, adicionando um adicional, camada de encapsulamento para esses nanoeletrônicos 2-D, podemos aumentar significativamente a transferência de calor para a base de silício, o que contribuirá muito para preservar a funcionalidade desses componentes, reduzindo a probabilidade de eles queimarem, "disse Salehi-Khojin." Nossos próximos passos incluirão testar diferentes camadas de encapsulamento para ver se podemos melhorar ainda mais a transferência de calor. "