Самоохлаждение в графеновой электронике

// // Новое //

С момента открытия графена ученые говорят о том, что созданные на его основе микросхемы будут гораздо быстрее и экономичнее кремниевых.  Однако, до настоящего времени, ученым не удавалось провести системное исследование процесса нагрева таких устройств из-за малых размеров графеновых элементов.

Одним из ограничений размеров компьютерных микросхем является объем производимого ими тепла. Тепло выделяют все электронные элементы вследствие того, что текущие по веществу электроны сталкиваются с атомами этого вещества. Именно от этого рождается тот сильный нагрев, который заставляет нас устанавливать на процессоры своих компьютеров мощные кулеры, на которые, в свою очередь, уходит  большая часть используемого компьютером тока.

Для того, чтобы измерить объем тепла, выделяемого работающим графеновым транзистором,  ученые из Иллинойса воспользовались атомно-силовым микроскопом, зонд которого производил измерения. Пространственное разрешение съёмки составило около 10 нанометров, а температурное разрешение — 250 милликельвинов.  В той точке, где графен соприкасается с металлическом контактом обнаружилось интересное явление – силы термоэлектрического охлаждения оказываются сильнее, чем нагрев и температура работающего транзистора понижается

В кремнии и большинстве других материалов, на основе которых создаются микросхемы, термоэлектрические эффекты, способные локально охлаждать элементы схемы, невелики по сравнению с возникающим нагревом. Вследствие этого микросхемы сильно нагреваются и требуют внешнего охлаждения. В то же время в графеновых транзисторах некоторые участки, напротив, охлаждаются в процессе работы.

Открытие такого явления означает, что в перспективе схемы из графеновых транзисторов можно будет уплотнять, не сталкиваясь с проблемой перегрева и обходясь сравнительно простыми системами отвода тепла, что увеличивает перспективность графеновой электроники по сравнению с кремниевой.