Графеновые транзисторы самоохлаждаются

Ученые обнаружили, что графеновые транзисторы обладают наноразмерным охлаждающим эффектом, за счет которого снижается их температура.

Исследователи во главе с профессорами Уильямом Кингом и Эриком Попом опубликовали результаты исследования в издании Nature Nanotechnology.

Быстродействие и размеры компьютерных микросхем ограничены тем, сколько теплоты они выделяют. Вообще тепло выделяет любая электроника, и происходит это влседствие взаимодействия электронов и материала устройства. Это явление носит название резистивного нагрева. Такой нагрев перевешивает другие термоэлектрические эффекты, которые могут охладить устройство. В компьютерах с кремниевыми чипами для охлаждения используются вентиляторы (кулеры) или радиаторы, которые потребляют массу энергии.

Микросхемы в компьютерах будущего сделаны из графена — углеродной решетки в 1 атом толщиной. Они быстрее кремниевых и более энергоэффективны. Однако вследствие недостаточных измерений полное понимание графеновых устройств пока ускользает от ученых.

Исследователи из университета Иллинойса с помощью наконечника атомно-силового микроскопа в качестве температурного зонда совершили первые температурные измерения работающего графенового транзистора.

Измерения эти выявили удивительные температурные явления в точках, где графеновый транзистор касается металлических контактов. Ученые установили, что в таких контактах термоэлектрические охлаждающие эффекты могут быть сильнее резистивного нагрева, фактически снижая температуру транзистора.

«В кремнии и большинстве других материалов электронное нагревание больше самоохлаждения», сказал Кинг. «Однако мы установили, что в графеновых транзисторах есть области, где охлаждение выше нагрева, что позволяет этим устройствам самоохлаждаться. Ранее подобное не было замечено в графеновых транзисторах».

Этот эффект означает, что графеновая электроника может требовать лишь незначительного охлаждения, а то и вовсе никакого, что приведет к повышению энергоэффективности и росту привлекательности графена как замены кремния.

В дальнейшем ученые намерены провести температурное исследование амплитудно-частотной модуляции, чтобы изучить нагревание и охлаждение в углеродных нанотрубках и других наноматериалах.

04.04.2011