Микросхемы из графена смогут охлаждать сами себя

Ученые из университета штата Иллинойс обнаружили, что транзисторы, в которых используется графен, обладают интересным свойством. В них проявляется термоэлектрический эффект, приводящий к понижению температуры прибора.

В настоящее время на пути микроминиатюризации кремниевых микросхем стоит фундаментальное препятствие — плотность размещения элементов приблизилась к точке, где эффективный отвод тепла выше определенного предела становится невозможен. Размеры и быстродействие микросхем ограничены тем, сколько тепла удается отвести. Электронные приборы нагреваются вследствие того, что при протекании тока электроны сообщают свою энергию материалу микросхемы — наблюдается резистивный нагрев. Нагрев превосходит термоэлектрические эффекты, которые могут локально охладить участки полупроводникового прибора. Приходится использовать радиаторы, вентиляторы, водяные системы охлаждения — расходуя дополнительную энергию.

Будущие чипы, сделанные из графена — листа углерода толщиной в один атом, могут быть быстрее своих кремниевых предшественников и работать с меньшими затратами энергии. Более того, исследователи обнаружили удивительное явление в тех участках, где графеновый транзистор соприкасался с металлическими контактами. Эффект термоэлектрического охлаждения оказался сильнее эффекта резистивного нагрева — температура транзистора в процессе работы не повышалась, а понижалась.

Это может означать, что электроника, построенная на применении графена, оставит в прошлом радиаторы и вентиляторы. Таким образом, привлекательность графена в качестве перспективного материала для микросхем будущего дополнительно возрастает.

В планах ученых — изучение температурных эффектов в углеродных нанотрубках и других наноматериалах.

На иллюстрации показан щуп атомно-силового микроскопа, сканирующий поверхность графеново-металлического контакта с целью измерения температуры. Пространственное разрешение измерения примерно равно 10 нм, температурное — 250 мК.