Je kunt microchips heel efficiënt afkoelen door koolstof nanobuisjes te gebruiken die via een covalente chemische binding vastzitten aan de chip. Dit stellen medewerkers van het Berkeley National Laboratory deze week in Nature Communications.
De onderzoekers maakten dit systeem door koolstofdamp neer te laten slaan op een bedje van silicium. Hierna stelden ze dit bloot aan luchtplasma om het ontrafelde amorfe koolstof aan het einde van de buisjes weg te halen. Vervolgens oxideerden ze het uiteinde van de buisjes dat niet vastzat aan het silicium. Hierbij ontstaat een carbonzuurgroep. Op een ander plaatje brachten ze goud of aluminium aan. Deze laag functionaliseerden ze met respectievelijk cysteamine of aminopropyltrialkoxysilaan (APS).
De Californianen drukten deze twee lagen daarna een uur lang stevig tegen elkaar bij een temperatuur van 120 °C. Als ze de lagen weer uit elkaar probeerden te trekken, liet de siliciumlaag waarop de nanobuisjes gevormd waren los – en niet het metaal. De amines op het metaal en de carbonzuurgroepen van de nanobuisjes hadden zeer stevige amidebindingen gevormd. Toen de onderzoekers vervolgens de hittegeleiding testten, bleek deze verzesvoudigd te zijn ten opzichte van niet-covalent gebonden nanobuisjes.
Koolstof nanobuisjes leken al veel langer een uitstekende manier om hitte uit chips weg te leiden. Tot nu toe konden ze de hitte alleen afvoeren naar andere materialen via vanderwaalskrachten. Hierdoor ontstond aan de grensvlakken tussen de materialen veel weerstand. ‘Je kunt deze weerstand zien als extra afstand die de hitte moet afleggen,’ zegt Sumanjeet Kaur, hoofdauteur van het artikel. ‘Bij koolstof nanobuisjes voegt het ongeveer veertig micrometer afstand toe per grensvlak. Met onze techniek hebben we dit teruggebracht tot zo’n zeven micrometer.’
De techniek is volgens de onderzoekers erg veelzijdig. ‘We hebben een manier ontwikkeld die voor zowel onedele als edele metalen werkt. In allebei de gevallen was het mogelijk om de buisjes te scheiden van het groeivlak en gebonden te houden aan het metaal,’ legt Frank Ogletree, natuurkundige bij Berkeley, uit. Je zou de techniek ook moeten kunnen toepassen op enkel- en meerlaags grafeen.
De techniek is helaas nog niet perfect; een groot gedeelte van de uiteinden van de nanobuisjes hecht nog niet aan het metaal. De onderzoekers zijn bezig om de efficiëntie van deze binding te verhogen en zo de techniek nog meer te verbeteren.
Nog geen opmerkingen