As propriedades térmicas de novos materiais 2D para microchips agora podem ser bem medidas
Gerard Verbiest, pesquisador da Universidade de Tecnologia de Delft, em seu laboratório de nanoacústica. Crédito:Studio Wavy / TU Delft Fazer chips cada vez menores e mais poderosos requer novos materiais ultrafinos:materiais 2D com apenas 1 átomo de espessura, ou mesmo apenas alguns átomos. Pense no grafeno ou na membrana de silício ultrafina, por exemplo.
Os cientistas da TU Delft deram um passo importante na aplicação destes materiais:agora podem medir propriedades térmicas importantes de membranas de silício ultrafinas. Uma grande vantagem do seu método é que nenhum contato físico precisa ser feito com a membrana, de modo que as propriedades originais podem ser medidas e nenhuma fabricação complexa é necessária.
As descobertas foram publicadas na revista APL Materials .
"Membranas extremamente finas têm propriedades muito diferentes dos materiais que vemos ao nosso redor. Por exemplo, o grafeno é mais forte que o aço, mas extremamente flexível", diz Gerard Verbiest, pesquisador da TU Delft. “Essas são propriedades que tornam esses materiais muito adequados para uso em sensores, desde que essas propriedades sejam devidamente compreendidas”.
Tal como acontece com muitos produtos eletrônicos, a condução de calor é um grande desafio para obter o melhor desempenho. Ajuda a determinar quão bem um material responderá a certas cargas que um chip ou sensor deve suportar. A condução de calor em duas dimensões é fundamentalmente diferente daquela em três dimensões.
Como consequência, as propriedades térmicas dos materiais 2D são de grande interesse, tanto do ponto de vista científico como de aplicação. No entanto, poucas técnicas estão disponíveis para a determinação precisa destas propriedades em membranas suspensas ultrafinas.
Os pesquisadores utilizaram uma metodologia optomecânica para extrair o coeficiente de expansão térmica, o calor específico e a condutividade térmica de membranas ultrafinas feitas de 2H-TaS2 , FePS3 , silício policristalino, MoS2 e WSe2 . Envolveu a condução de uma membrana suspensa usando um laser modulado em potência e a medição de sua deflexão dependente do tempo com um segundo laser. Desta forma, são medidas a frequência de ressonância fundamental mecânica dependente da temperatura da membrana e a constante de tempo térmica característica na qual a membrana esfria.
A colaboração entre a ciência e a indústria é crucial para o desenvolvimento desta tecnologia. Verbiest diz:"Ao medir membranas finas de silício neste projeto, mostramos que a técnica que desenvolvemos em Delft funciona em materiais relevantes para a indústria de semicondutores. Isso dá um impulso extra à pesquisa, porque os insights podem levar imediatamente a uma futura aplicação industrial , o que é importante para os Países Baixos e uma motivação significativa para tal investigação."
As propriedades térmicas obtidas estão de acordo com os valores reportados na literatura para os mesmos materiais. Esta pesquisa fornece um método optomecânico para determinar as propriedades térmicas de membranas suspensas ultrafinas, que são difíceis de medir de outra forma. Ele fornece um caminho para melhorar nossa compreensão do transporte de calor no limite 2D e facilita a engenharia de estruturas 2D com desempenho térmico dedicado.
