使用表面波来帮助冷却纳米结构微电子器件

时间：2022-03-08 11:58:08来源：

东京大学由工业科学研究所领导的研究小组发现，杂交表面波被称为地表声波 - 极性膜可以远离纳米级材料结构进行热量。

硅微电子和光子器件小型化的继续进展导致装置结构的冷却变得越来越具挑战性。散装材料中的常规热传输由声子位支配，其是代表材料的晶格振动的Quasiply，类似于光子代表光波的方式。不幸的是，这种类型的冷却是在这些微小的结构中达到其极限。

然而，随着纳米结构装置中的材料变薄，表面效果成为主导，这意味着表面波可以提供所需的热传输溶液。表面声子 - 极性（SPHPS） - 由沿介电膜表面传播的表面电磁波和光学声子组成的混合波 - 已经表明了特定的承诺，东京大学工业科学研究员领导的团队现在证明并验证了这些波提供的热导电增强功能。

“我们在具有各种厚度的氮氮化物膜上产生了SPHP，并在宽温度范围内测量了这些膜的热导体，”云辉吴研究的牵头作者说。“这允许我们建立SPHP对薄膜中观察到的改善的导热率的具体贡献。”

该团队观察到，当温度从300k增加到800k（约27℃至527℃）时，厚度为50nm或更小的膜的导热率实际°增加。°相反，200nm厚的膜的电导率在相同的温度范围内降低，因为声子位仍然主导于该厚度。

“测量结果表明，氮化硅的介电函数在实验温度范围内没有变化，这意味着观察到的热增强可能归因于SPHP的作用，”工业科学的Masahiro Nomura，高级作者解释研究。“当膜厚度降低时，沿膜界面的SPHP传播长度增加，这允许SPHP在使用这些非常薄的膜时比声子位更加热能。”

因此，由SPHP提供的新冷却通道可以补偿纳米结构材料中发生的降低的声热导率。因此，预期SPHPS将在基于硅基微电子和光子器件的热管理中找到应用。

参考：Y.Wu，J. Ordonez-Miranda，S.Gluchko，R.Nufriev，D. de Sousa Meneses，L. del Campo，S. Volz和M. Nomura，9月30日，德拉姆·梅西斯，吴吴吴武（Surface Phonon-Polaritons）。 2020年，科学推进.DOI：
10.1126 / sciadv.ab4461