Selvkøling observeret i grafenelektronik

Med den første observation af termoelektriske effekter ved grafenkontakter, Forskere fra University of Illinois fandt ud af, at grafentransistorer har en køleeffekt på nanoskala, der reducerer deres temperatur.

Ledet af mekanisk videnskab og ingeniørprofessor William King og elektro- og computeringeniørprofessor Eric Pop, holdet vil offentliggøre sine resultater i 3. april forhånds online-udgaven af ​​tidsskriftet Natur nanoteknologi .

Hastigheden og størrelsen af ​​computerchips er begrænset af, hvor meget varme de afgiver. Al elektronik afleder varme som følge af, at elektronerne i strømmen kolliderer med apparatets materiale, et fænomen kaldet resistiv opvarmning. Denne opvarmning opvejer andre mindre termoelektriske effekter, der lokalt kan afkøle en enhed. Computere med siliciumchips bruger blæsere eller rindende vand til at køle transistorerne, en proces, der bruger meget af den energi, der kræves for at drive en enhed.

Fremtidige computerchips lavet af grafen - carbonplader 1 atom tykke - kunne være hurtigere end siliciumchips og fungere ved lavere effekt. Imidlertid, en grundig forståelse af varmeudvikling og -fordeling i grafenanordninger har unddraget sig forskere på grund af de små dimensioner, der er involveret.

Illinois-teamet brugte en atomkraftmikroskopspids som en temperatursonde til at foretage de første temperaturmålinger i nanometerskala af en fungerende grafentransistor. Målingerne afslørede overraskende temperaturfænomener på de punkter, hvor grafentransistoren rører ved metalforbindelserne. De fandt ud af, at termoelektriske køleeffekter kan være stærkere ved grafenkontakter end resistiv opvarmning, faktisk sænke temperaturen på transistoren.

"I silicium og de fleste materialer, den elektroniske opvarmning er meget større end
selvkøling, " sagde King. "Men fandt vi ud af, at i disse grafen -transistorer, der er områder, hvor den termoelektriske køling kan være større end den resistive opvarmning, hvilket gør det muligt for disse enheder at afkøle sig selv. Denne selvkøling er ikke tidligere set for grafenenheder."

Denne selvkølende effekt betyder, at grafen-baseret elektronik kunne kræve lidt eller ingen køling, skabe en endnu større energieffektivitet og øge grafens tiltrækningskraft som siliciumerstatning.

"Graphene elektronik er stadig i deres vorden; dog, vores målinger og simuleringer projekterer, at termoelektriske effekter vil blive forbedret, efterhånden som grafentransistorteknologi og -kontakter forbedres, " sagde Pop, som også er tilknyttet Beckman Institute for Advanced Science, og mikro- og nanoteknologilaboratoriet ved U. of I.

Næste, forskerne planlægger at bruge AFM-temperatursonden til at studere opvarmning og afkøling i kulstofnanorør og andre nanomaterialer.