在过去的50年里，对成本效益高但计算能力越来越强的需求推动了对新材料和新工艺的研究和开发以满足需求。亚博网站下载器件已经逐渐小型化，增加了器件内的电子元件密度，因此，这就加剧了有关最终结构的热管理问题。
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如果不解决热挑战，新兴应用的有效性和实施范围最终将受到限制。
在这里，一些最先进的材料加工，正在生产一些新的热导体，这可以避免在未来一代电子产品过热的可能性。
热点
随着时间的推移，集成电路设备，如计算机芯片，体积缩小，而晶体管密度上升到这样一个程度，增加功率耗散已成为问题。
从本质上讲，在越来越小的空间中使用更大的功率可能会导致过热，从而使组件降级成为可能。因此，在决定电子设备的速度、效率和可靠性时，保持凉爽是一个关键因素。
热管理和可靠性是很重要的。今天，一些处理器模块的热负载超过1 kW，这是许多高性能应用程序的功率需求的结果。
如此高强度的功率耗散，再加上模具表面的空间分布和非均匀性，意味着现代芯片架构可以经历局部的功率密集区域或“热点”，范围从500平方毫米到5平方毫米不等。
功率密度可高达模具平均功率密度的十倍。
考虑到电子产品的整体可靠性不是由平均模具温度决定的，而是由最热的区域决定的，表面的不均匀性暴露了当前材料设计中足够坚固的脆弱性。
各向异性材料亚博网站下载
在材料的世界里，那些被描述为各向亚博网站下载同性的材料通常具有性质均匀性。
这是类似的，可量化的属性可以在各个方向测量。那些表现出方向独立性的，即沿着不同的轴测量不同的物理性质的被称为各向异性。
研究材料内部的热传导各向异性以消除热点是材料科学中相对较新的发展。亚博网站下载亚博老虎机网登录从本质上说，如果一种材料能够在微尺度上在不同方向传导和隔离热量，那么就可以消除热点，从而实现电子元件的热管理。
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在堆叠和旋转薄晶体层的过程中，研究人员发现了沿着不同晶体轴引导热流的能力，不同的导热系数。在这样做的过程中，热沿一个方向流动的快轴比慢轴之间的导热各向异性比就产生了。
驾驶研究是各向异性的比率非常小在人为设计的热导体,和需要更大的如果这些类型的材料在电子产品一般有真正的影响,下一代技术将要求14 nm节点下面的最小特征尺寸。亚博网站下载
物质标准
在选择具有较高各向异性比的亚博网站下载适合实际应用的材料时，建筑师必须考虑许多因素。首先，材料必须足够容易，以允许精确控制其尺寸，包亚博网站下载括薄膜厚度，从而实现生产的集成和可扩展性。
范德华(vdW)薄膜的电荷起伏是由相互排斥的偶极-偶极力引起的最弱的分子间作用力引起的。这些色散力使它们成为在这里描述的环境中应用的理想候选材料。亚博网站下载
此外，候选材料必须表现出天生的高快轴热传播，而亚博网站下载生产的方法，大大减少慢轴现象，但不以牺牲快轴特性。这就是Kim Shi En等人的发现令人兴奋的地方。
电柜的热像图显示有过热危险的区域。图片来源:Valery Lisin/Shutterstock.com
新自由度
利用过渡金属二卤族(TMDs)的层状范德华(vdW)薄膜作为材料平台，具有本就高的平面热传导率，Kim Shi En等人开发了一种方法，可以显著降低这些材料在单晶形式下的面外导热率，同时保持较高的面内导热率。亚博网站下载
这些晶体结构的分子工程包括TMD薄膜的层间旋转，并为固体系统的热传输引入了一个新的自由度。
该团队使用一种称为金属有机化学气相沉积的技术大规模地生长薄膜。
在二氧化硅/硅(SiO2/Si)衬底上逐层真空堆积二硫化钼和二硫化钨双层膜(MoS2和WS2)产生了极各向异性的热导体。
异常的热各向异性比
通过层间的随机旋转，在原子尺度上通过平面或平面外的平动对称被破坏，而在每个单分子层中保持平面内的长范围结晶度。在有效的情况下，它允许通过平面的热传输障碍，而远程层内结晶度保持高的平面热导率。
换句话说，平面外是被抑制的。因此，该小组记录了有史以来最大的热各向异性比之一，在室温下接近900，并使用分子动力学模拟定量合理这些值。这是该领域的重大进展。
进一步的研究
这种新材料很有前亚博网站下载途，但要想让它们真正被广泛应用于电子设备，还有很多工作要做。
它们真正的生存能力仍然需要探索。可扩展制造、性能再现性和热膨胀兼容系数是热衷于开发这些材料的人所面临的一些更为重大的挑战。
为了在工业规模上取得成功，提高质量、降低成本和保持一致性都是先决条件。推动材料科学这一迷人的领域向前发展将是合成更高导电性材料的一个改变游戏规则的步骤。亚博网站下载亚博老虎机网登录
例如，将3D泡沫结构集成到芯片堆栈中，为热管理提供了可能性，前提是可以保持信号完整性并避免短路。
参考资料及进一步阅读
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