據(jù)物理學家組織網(wǎng)5月9日（北京時間）報道，美國加州大學河濱分校伯恩斯工程學院的研究人員開發(fā)出一種新技術，可借助石墨烯實現(xiàn)大功率半導體設備的大幅降溫，解決在交通信號燈和電動汽車中使用的半導體材料散熱問題。相關研究報告5月8日發(fā)表在《自然·通訊》雜志上。
自上世紀90年代以來，半導體材料氮化鎵（GaN）就被用于強光的制造，并因為高效和可耐高電壓工作而被用于無線設備中。然而就像所有大功率操作設備一樣，氮化鎵晶體管會散發(fā)出相當多的熱量，需要對其快速而有效的移除。科學家已嘗試過倒焊芯片和復合基底等多種熱量管理途徑，但效果都不理想。如何為這些設備降溫仍困擾著學界，氮化鎵電子工業(yè)的市場份額和應用范圍也因為難以散熱而受到限制。
基于納米設備實驗室開發(fā)的新技術，將使這一情況得到改善。研究小組由電子工程學教授亞歷山大·巴蘭金領導，他們在進行微拉曼光譜溫度測量時發(fā)現(xiàn)，通過引入由多層石墨烯制成的交替散熱通道，能使在高功率運轉情況下的氮化鎵晶體管中的熱點降低20℃，并將相關設備的壽命延長10倍。
巴蘭金表示，這代表了熱量管理領域的變革性進展。與金屬或半導體薄膜不同，多層石墨烯即使在自身厚度僅為數(shù)納米時，也能保持良好的熱力性質，這使它們成為了制造側面導熱片和連接線的極佳備選。研究人員在氮化鎵晶體管上設計并構建了石墨烯“被子”，使其能從熱點處移除和傳導熱量。計算機模擬則顯示，采用熱阻更強的基底能使石墨烯“被子”更好地在氮化鎵設備上發(fā)揮作用。
總編輯圈點
大功率LED光源壽命是高壓鈉燈的4倍以上，耗電僅為白熾燈的十分之一，因此正越來越多地用在景觀照明、交通信號燈等領域，但是散熱問題一直阻礙著它的迅速普及。一般情況下，LED光源工作時所產(chǎn)生的熱量占其消耗總功率的70%左右，熱量若無法導出，將會影響產(chǎn)品生命周期、發(fā)光效率。熱點降低20℃，壽命延長10倍。文中提到的降溫新方法著實振奮人心，可以想見，一旦技術成熟并投入使用，城市的夜晚將更加絢爛奪目。
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