Termiske egenskaber af nye 2D-materialer til mikrochips kan nu måles godt

At lave stadig mindre og kraftigere chips kræver nye ultratynde materialer:2D-materialer, der kun er 1 atom tykke, eller endda kun et par atomer. Tænk for eksempel på grafen eller ultratynd siliciummembran.

Forskere ved TU Delft har taget et vigtigt skridt i anvendelsen af ​​disse materialer:de kan nu måle vigtige termiske egenskaber af ultratynde siliciummembraner. En stor fordel ved deres metode er, at der ikke skal foretages fysisk kontakt med membranen, så uberørte egenskaber kan måles, og der kræves ingen kompleks fremstilling.

Resultaterne er offentliggjort i tidsskriftet APL Materials .

"Ekstremt tynde membraner har meget forskellige egenskaber end de materialer, vi ser omkring os. For eksempel er grafen stærkere end stål, men alligevel ekstremt fleksibel," siger TU Delft-forsker Gerard Verbiest. "Dette er egenskaber, der gør disse materialer meget velegnede til brug i sensorer, forudsat at disse egenskaber er korrekt forstået."

Som med meget elektronik er varmeledning en stor udfordring for at opnå den bedste ydeevne. Det hjælper med at bestemme, hvor godt et materiale vil reagere på visse belastninger, som en chip eller sensor skal bære. Varmeledning i to dimensioner er fundamentalt anderledes end i tre dimensioner.

Som en konsekvens heraf er de termiske egenskaber af 2D materialer af stor interesse, både fra videnskabelige og anvendelsesmæssige synspunkter. Der er dog få teknikker til rådighed til nøjagtig bestemmelse af disse egenskaber i ultratynde suspenderede membraner.

Forskerne brugte en optomekanisk metode til at udvinde den termiske udvidelseskoefficient, specifik varme og termisk ledningsevne af ultratynde membraner lavet af 2H-TaS₂ , FePS₃ , polykrystallinsk silicium, MoS₂ , og WSe₂ . Det involverede kørsel af en ophængt membran ved hjælp af en effektmoduleret laser og måling af dens tidsafhængige afbøjning med en anden laser. På denne måde måles både den temperaturafhængige mekaniske fundamentale resonansfrekvens af membranen og den karakteristiske termiske tidskonstant, ved hvilken membranen afkøles

Samarbejde mellem videnskab og industri er afgørende for udviklingen af ​​denne teknologi. Verbiest siger:"Ved at måle tynde siliciummembraner i dette projekt har vi vist den teknik, vi udviklede i Delft til at arbejde på materialer, der er relevante for halvlederindustrien. Dette giver forskningen et ekstra løft, fordi indsigten så potentielt umiddelbart fører til en fremtidig industriel anvendelse. , hvilket er vigtigt for Holland og en væsentlig motivation for sådan forskning."

De opnåede termiske egenskaber er i god overensstemmelse med værdierne rapporteret i litteraturen for de samme materialer. Denne forskning giver en optomekanisk metode til at bestemme de termiske egenskaber af ultratynde suspenderede membraner, som ellers er vanskelige at måle. Det giver en vej til at forbedre vores forståelse af varmetransport i 2D-grænsen og letter konstruktion af 2D-strukturer med en dedikeret termisk ydeevne.

Flere oplysninger: Hanqing Liu et al., Optomekanisk metodologi til karakterisering af de termiske egenskaber af 2D-materialer, APL-materialer (2024). DOI:10.1063/5.0190680

Journaloplysninger: APL-materialer

Leveret af Delft University of Technology