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El diamante, apreciado por su excepcional conductividad térmica, se considera el "estándar de oro" entre los materiales de disipación de calor. Sin embargo, su extrema dureza y sus desafíos de procesamiento tienen aplicaciones prácticas limitadas.
Para solucionar este problema, el equipo propuso un método de crecimiento de diamantes "de abajo hacia arriba". Al construir directamente capas de diamante estampadas sobre la superficie del chip, se logra una extracción de calor precisa. En comparación con el procesamiento tradicional "de arriba hacia abajo", donde primero se fabrica un bloque de diamante sólido y luego se corta y graba, el nuevo método evita daños materiales y altos costos.
Esta tecnología emplea deposición química de vapor (CVD) por plasma de microondas . Los investigadores primero crean una “plantilla” en la superficie del chip mediante fotolitografía y luego depositan “semillas” de diamante a nanoescala en la plantilla .
Dentro de un reactor de alta energía, el gas rico en carbono se convierte en plasma mediante energía de microondas. Luego, los átomos de carbono se depositan y se adhieren a los núcleos, creciendo capa por capa hasta formar una capa de diamante térmicamente conductora. Los investigadores enfatizan que la nucleación es el paso crítico en el crecimiento del diamante, ya que proporciona la base para que los átomos de carbono formen una estructura cristalina.
En electrónica, el calor es un factor fundamental que limita el rendimiento. Una reducción de temperatura de 23 °C tiene una importancia práctica, ya que no solo prolonga la vida útil del dispositivo sino que también permite velocidades de funcionamiento más altas sin sobrecalentamiento.
Según el informe, la fotolitografía se emplea para aplicaciones de patrones complejos de alta resolución, mientras que el corte por láser de películas delgadas se utiliza para escenarios de áreas grandes, logrando la adaptabilidad del proceso en diferentes contextos. Se considera que esta flexibilidad proporciona un camino viable para la industrialización.
Además, el proceso es compatible con múltiples materiales de sustrato semiconductor, incluidos el silicio y el nitruro de galio, sentando las bases para la integración de capas térmicas de diamante de alto rendimiento a través de diversas vías tecnológicas.
El equipo de investigación informa que el nuevo método se ha ampliado con éxito hasta la fabricación de obleas de 2 pulgadas, con aplicaciones potenciales en dispositivos semiconductores de alta potencia, como chips de inteligencia artificial y hardware 5G.
El equipo ha identificado un enfoque escalable y eficaz para integrar la tecnología de gestión térmica de diamantes en dispositivos electrónicos. Esto tiene implicaciones potenciales para mejorar la eficiencia y confiabilidad de los teléfonos inteligentes, las baterías y los equipos informáticos.
La siguiente fase del equipo de investigación tiene como objetivo optimizar la unión de la interfaz entre la capa de diamante y los componentes electrónicos subyacentes para lograr una integración estructural más estrecha. Un gran avance en esta área podría facilitar el desarrollo de dispositivos transistorizados de próxima generación capaces de alcanzar velocidades más altas y un mayor manejo de potencia.
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