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Dioxyde de silicium : le secret des appareils électroniques plus petits et plus frais

SciTechDaily

Des chercheurs de l'Université de Tokyo ont démontré qu'un transfert de chaleur radiatif amélioré à travers un espace entre deux microplaques de silicium en les recouvrant d'une couche de dioxyde de silicium pourrait améliorer considérablement la gestion de la chaleur des ordinateurs. Crédit : Institut des sciences industrielles, Université de Tokyo

Des chercheurs japonais ont amélioré la dissipation de la chaleur dans les nanodispositifs en ajoutant un revêtement de dioxyde de silicium aux structures en silicium, révolutionnant potentiellement la conception et l'efficacité des futurs appareils électroniques.

Des chercheurs japonais ont travaillé dur pour garder leurs nanodispositifs au frais, ou du moins pour les empêcher de surchauffer. En ajoutant une fine couche de dioxyde de silicium à des structures de silicium de taille microscopique, ils ont pu constater une augmentation significative du taux de dissipation de chaleur. Ces travaux pourraient conduire à des appareils électroniques plus petits et moins chers, capables d'intégrer davantage de microcircuits.

Alors que l'électronique grand public devient de plus en plus compacte, tout en bénéficiant d'une puissance de traitement accrue, la nécessité de gérer la chaleur résiduelle des microcircuits est devenue une préoccupation majeure. Certains instruments scientifiques et échelle nanométrique Les machines nécessitent une attention particulière à la manière dont la chaleur localisée sera évacuée de l'appareil afin d'éviter tout dommage. Un certain refroidissement se produit lorsque la chaleur est rayonnée sous forme d'ondes électromagnétiques, de la même manière que l'énergie solaire atteint la Terre à travers le vide spatial. Cependant, le taux de transfert d'énergie peut être trop lent pour protéger les performances des circuits électroniques intégrés sensibles et denses. Pour la prochaine génération d'appareils à développer, de nouvelles approches devront peut-être être mises en place pour résoudre ce problème de transmission de chaleur.

Résultats de la recherche et implications

Dans une étude récemment publiée dans la revue Lettres d'examen physiqueDes chercheurs de l'Institut des sciences industrielles de l'Université de Tokyo ont montré comment le taux de transfert de chaleur radiatif peut être doublé entre deux microplaques de silicium séparées par un minuscule espace. La solution a consisté à utiliser un revêtement de dioxyde de silicium qui a créé un couplage entre les vibrations thermiques de la plaque à la surface (appelées phonons) et les photons (qui constituent le rayonnement).

« Nous avons pu démontrer de manière théorique et expérimentale comment les ondes électromagnétiques étaient excitées à l’interface de la couche d’oxyde, ce qui améliorait le taux de transfert de chaleur », explique Saeko Tachikawa, auteur principal de l’étude. La petite taille des couches par rapport aux longueurs d’onde de l’énergie électromagnétique et leur fixation à la plaque de silicium, qui transporte l’énergie sans perte, ont permis au dispositif de dépasser les limites normales de transfert de chaleur, et donc de refroidir plus rapidement.

La microélectronique actuelle étant déjà basée sur le silicium, les résultats de cette recherche pourraient facilement être intégrés dans les futures générations de semi-conducteurs. « Nos travaux donnent un aperçu des stratégies possibles de gestion de la dissipation thermique dans l’industrie des semi-conducteurs, ainsi que dans divers autres domaines connexes tels que la fabrication nanotechnologique », explique l’auteur principal, Masahiro Nomura. La recherche contribue également à établir une meilleure compréhension fondamentale du fonctionnement du transfert de chaleur à l’échelle nanométrique, car il s’agit encore d’un domaine de recherche actif.

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