Frigivelse af varmen:En ny model til at strømline designet af termisk effektive elektriske kontakter

Når vi tænker på moderne teknologi i vores daglige liv, telefoner, tabletter, og bærbare computere, straks komme til at tænke på. Brug af disse elektroniske enheder i længere perioder fører til et velkendt problem - overophedning. I takt med at elektronikken er blevet mindre, at komme af med varme er blevet mere udfordrende og mere nødvendigt.

Alle har følt, at deres telefon bliver varm i deres håndflader, mens de spiller et spil, eller har været nødt til at flytte deres computer fra skød til bord for at undslippe den brændende fornemmelse af en for lang browsersession. Typisk, varme fjernes gennem bunden af ​​transistorerne (halvlederenheder), der udgør elektroniske enheder; imidlertid, forskning fra College of Engineering ved Carnegie Mellon University har vist, at toppen af ​​transistoren tilbyder en ekstra varmefjernelsesvej.

Forskere kombinerede analytiske tilgange og simuleringer af atomistiske materialer (modelleringsmaterialer på atomniveau på computeren) for at udvikle en ny forudsigende teori til kvantificering af varmefjernelse fra oversiden af ​​en transistor. Arbejdet blev dirigeret af Jonathan Malen og Alan McGaughey, professorer i maskinteknik, og ph.d. studerende Henry Aller. Resultaterne blev offentliggjort i Fysisk gennemgang anvendt .

"Der er den konventionelle måde at fjerne varme fra elektronik på, som er gennem bunden, " sagde McGaughey. "For at få det ud gennem toppen, du skal gå fra en halvleder til et metal. Metallet tjener et formål i disse enheder, som skal levere elektriciteten; men det har også potentialet til at hjælpe med at fjerne varmen. Metaller er typisk blevet valgt med de elektriske aspekter i tankerne, men ikke de termiske aspekter."

Problemet med denne tilgang er, at metaller i øjeblikket foretrækkes på grund af deres elektriske egenskaber og stabilitet fra grænseflader med halvledere, der giver en stor modstand mod varmefjernelse. Dårlig varmefjernelse fører til høje driftstemperaturer og kortere levetid. Holdets forskning tyder på, at brug af to lag metal, med omhyggelig valg af sammensætning og tykkelse af mellemlaget, kan reducere modstanden mod varmefjernelse.

Deres model vil hjælpe med at strømline udviklingen af ​​termisk effektive enheder. McGaughey tilføjede, "Et af resultaterne af dette arbejde er, at vi nu effektivt kan udforske, hvordan man vælger de metaller, der skal lægges oven på elektronikken, for at øge varmefjernelsen og samtidig opretholde normal elektrisk funktionalitet."

Selvom anvendelsen af ​​deres forskning kan være umiddelbart relevant for højeffektelektronik, der bruges til kommunikationsteknologier, McGaughey udtrykte, at det vil have et vidtrækkende anvendelsesområde.

På trods af at detaljerne er komplekse, McGaughey mener, at den endelige ligning, som matematisk beskriver den grundlæggende fysik og er blevet valideret mod over 100 eksisterende eksperimenter, er nem at bruge, låner sig til fremtidig ekspansion og forskning.