Als we in ons dagelijks leven denken aan moderne technologie, telefoons, tabletten, en laptops, komen meteen in me op. Het langdurig gebruik van deze elektronische apparaten leidt tot een bekend probleem:oververhitting. Omdat elektronica kleiner is geworden, het kwijtraken van warmte is uitdagender en noodzakelijker geworden.

Iedereen heeft wel eens gevoeld dat zijn telefoon warm werd in zijn handpalmen tijdens het spelen van een game of heeft zijn computer van schoot naar tafel moeten verplaatsen om te ontsnappen aan het brandende gevoel van een te lange browsesessie. Typisch, warmte wordt verwijderd via de onderkant van de transistors (halfgeleiderapparaten) waaruit elektronische apparaten bestaan; echter, onderzoek van het College of Engineering aan de Carnegie Mellon University heeft aangetoond dat de bovenkant van de transistor een extra warmteafvoerpad biedt.

Onderzoekers combineerden analytische benaderingen en atomistische materiaalsimulaties (modellering van materialen op atomair niveau op de computer) om een ​​nieuwe voorspellende theorie te ontwikkelen voor het kwantificeren van warmteafvoer van de bovenzijde van een transistor. Het werk werd uitgevoerd door Jonathan Malen en Alan McGaughey, hoogleraren werktuigbouwkunde, en Ph.D. leerling Hendrik Aller. De bevindingen zijn gepubliceerd in Fysieke beoordeling toegepast .

"Er is de conventionele manier om warmte uit elektronica te verwijderen, die door de bodem is, "zei McGaughey. "Om het via de bovenkant eruit te krijgen, je moet van een halfgeleider naar een metaal gaan. Het metaal heeft een doel in deze apparaten, die voor de elektriciteit moet zorgen; maar het heeft ook het potentieel om de hitte te helpen verwijderen. Metalen zijn meestal gekozen met de elektrische aspecten in gedachten, maar niet de thermische aspecten."

Het probleem met deze benadering is dat metalen momenteel de voorkeur hebben vanwege hun elektrische eigenschappen en stabiliteit van grensvlakken met halfgeleiders die een grote weerstand bieden tegen warmteafvoer. Een slechte warmteafvoer leidt tot hoge bedrijfstemperaturen en een kortere levensduur. Het onderzoek van het team suggereert dat het gebruik van twee lagen metaal, met zorgvuldige selectie van de samenstelling en dikte van de middelste laag, kan de weerstand tegen warmteafvoer verminderen.

Hun model zal helpen om de ontwikkeling van thermisch efficiënte apparaten te stroomlijnen. McGaughey heeft toegevoegd, "Een van de resultaten van dit werk is dat we nu efficiënt kunnen onderzoeken hoe we de metalen kunnen kiezen om bovenop elektronica te plaatsen, om de warmteafvoer te vergroten met behoud van de normale elektrische functionaliteit."

Hoewel de toepassing van hun onderzoek onmiddellijk relevant kan zijn voor hoogvermogenelektronica die wordt gebruikt voor communicatietechnologieën, McGaughey zei dat het een verreikend gebruiksbereik zal hebben.

Ondanks dat de details complex zijn, McGaughey gelooft dat de laatste vergelijking, die wiskundig de fundamentele fysica beschrijft en gevalideerd is tegen meer dan 100 bestaande experimenten, is gemakkelijk te gebruiken, leent zich voor toekomstige uitbreiding en onderzoek.