Texasin Dallasin yliopiston ja Kalifornian yliopiston Samueli School Of Engineeringin tutkijat ovat kehittäneet uuden puolijohdemateriaalin, joka vetää lämpöä pois sirujen kuumista pisteistä paljon nopeammin kuin nykyiset materiaalit. Kyseessä on virheetön booriarseeni, joka on tehokkaampi hukkalämmön siirrossa ja hävittämisessä kuin mikään muu tunnettu puolijohde tai metalli.
Tämä voisi mahdollisesti mullistaa tietokoneiden prosessoreiden ja muun elektroniikan kuten ledien tehokkaamman lämpösuunnittelun. Työ on UCLA:n Yongjie Hun ja hänen opiskelijoidensa useiden vuosien tutkimusten huipentuma, ja se sisälsi materiaalien suunnittelun ja valmistuksen, ennustavan mallintamisen ja lämpötilan tarkan mittauksen.
UCLA:n toteuttaman boorin ja arseenin yhdistelmän ennätyskorkea lämmönjohtavuus (1300 W/mK) on yli kolme kertaa parempi kuin tällä hetkellä käytetyillä materiaaleilla, kuten piikarbidilla ja kuparilla.
Myös Texas Dallasin yliopiston tutkijat ja heidän Illinoisin Urbana-Champaignin ja Houstonin yliopistojen yhteistyökumppanit ovat luoneet erittäin korkean lämmönjohtavuuden omaavaa booriarseenia. Mittauksissaan he saivat lämpöjohtavuuden arvoiksi noin 1000 wattia metri-kelviniä kohden. Vastaavia arvoja löytyy nykyään lähinnä vain timantista. Esimerkiksi piin vastaava arvo on 150 wattia metriä ja kelviniä kohti.
Tutkijoiden mukaan booriarseenikiteiden ainutlaatuiset piirteet kuten boori- ja arseeniatomien välinen massojen ero edistävät fononien kykyä kulkea tehokkaammin pois kiteistä. Vaikka arseeni itsessään voi olla myrkyllistä ihmisille, yhdisteeseen liittyneenä se muuttuu erittäin stabiiliksi ja myrkyttömäksi.
Materiaalin puolijohdeominaisuudet ovat hyvin vertailukelpoisia piin kanssa, joten siksi olisi ihanteellista sisällyttää booriarseenia puolijohderakenteisiin, toteaa UT Dallasin apulaisprofessori Bing Lv.
Myös UCLA:n Hu toteaa, että materiaalilla on erinomainen mahdollisuus integroitua nykyisiin valmistusprosesseihin sen puolijohdeominaisuuksien vuoksi. Se voisi korvata nykyiset puolijohdemateriaalit tietokoneille ja mullistaa elektroniikkateollisuutta.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 7.8.2018
