Argento e diamante per raffreddare i chip elettronici

I ricercatori della Georgia Tech Research Institute (GTRI) stanno lavorando su un materiale solido, composto da argento e diamanti, che dovrebbe rendere più efficiente il raffreddamento della microelettronica nei sistemi per la difesa, come i radar. Questo materiale promette un grado di conduttività termica superiore rispetto ai materiali usati in questo momento e potrebbe essere di spunto o arrivare in futuro, anche per l'elettronica tradizionale.

I ricercatori sono impegnati nella produzione di spessori termici in argento-diamante, con dimensioni di circa 250 micron. Gli spessori termici sono necessari per allontanare calore dai semiconduttori e lo trasferiscono a dispositivi dotati di alette, ventole ed heatpipe. 

Poiché i semiconduttori lavorano in spazi ristretti, gli spessori devono essere fatti di un materiale che abbia un'elevata conducibilità termica all'interno di una struttura di piccole dimensioni. Il composto offre una conducibilità termica superiore del 25 percento rispetto al rame. I test indicano che il composto diamante-argento si comporta molto bene in due aree - conduttività ed espansione termica.

"Abbiamo già osservato evidenti benefici prestazionali - una stima ci dice che la temperatura scende da 285 gradi a 181 gradi - usando un materiale fatto al 50 percento da diamante, in uno spessore di 250 micron", ha dichiarato Jason Nadler, ricercatore che ha guidato il progetto. Portando la percentuale di diamante all'85 percento, gli studiosi contano di ottenere risultati persino migliori.

Clicca per ingrandire

A differenza dei metalli, che conducono il calore grazie a elettroni in movimento, il diamante trasporta il calore per mezzo di fononi. I fononi sono pacchetti d'onde vibrazionali che viaggiano attraverso soluzioni cristalline e altri materiali. 

L'argento è necessario per bloccare le particelle mobili di diamante in una matrice stabile, ma anche per spostare i fononi tra le particelle e migliorare l'efficienza termica. Consente inoltre di tagliare con precisione il materiale in modo da formare componenti di dimensioni prestabilite e avere la stessa espansione termica del semiconduttore che deve essere raffreddato.

Clicca per ingrandire

Uno degli ostacoli a cui dovranno far fronte i ricercatori è quello di passare dalla dimostrazione, convincente, all'analisi approfondita delle funzionalità del composto. L'obiettivo è spiegare la conducibilità termica dal punto di vista dei materiali, piuttosto che affidarsi unicamente ai risultati prestazionali.