石墨片酷應用—電腦晶片散熱
- 上線日期：2010/4/29 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
美國與法國研究人員最近發現，石墨片(graphene)可以用來讓電腦晶片降溫，且散熱速度快過目前電子應用使用的任何材料。該研就團隊將石墨片置於電子元件常用的二氧化矽(silica)基板上，並測量其導熱率(thermal conductivity)，結果發現石墨片的導熱率比半導體連線常用的銅線還高兩倍以上，更比矽薄膜好上50倍。
石墨片為六角晶格結構的單層碳平面，自2004年問世以來便因獨特的電性與力學性質而備受矚目，尤其是石墨片中的電子能以超高速運動，因此能製作超快電晶體。雖然全石墨電子元件的夢想仍然遙遠，但該材料可望用來排除一般矽電路所產生廢熱(高溫會降低元件效能並使其不穩定)。先前的測量顯示，孤立(free-standing)石墨片的導熱率在室溫高達5000 Wm-1K-1，甚至超過自然界的最佳熱導體鑽石，然而在實際應用上，石墨片往往需與其他複合物或基板接觸。
德州大學奧斯汀分校的Li Shi與波士頓大學及法國原子能委員會(CEA)的合作者最近測量發現，與二氧化矽接觸的石墨片導熱率約為600 Wm-1K-1。導熱率降低是因為聲子(晶格振盪量子化)會由石墨片與基板的介面滲漏掉。儘管此導熱率不如孤立石墨片，但仍超越目前電腦晶片廣泛用來散熱的銅塊材(400 Wm-1K-1)以及銅薄膜(250 Wm-1K-1)。
Shi等人使用新方法來測量附著於二氧化矽上的石墨片導熱率。他們先利用剝離法將單層石墨片置於二氧化矽上，測量整體的導熱率後，再將石墨片蝕掉並重新測量二氧化矽的導熱率，如此便可計算出石墨片本身的導熱率。
該團隊亦發展了一套理論模型來解釋測量結果，他們認為石墨片中的離面彎曲振動模(out-of-plane "flexural" vibration modes)是高導熱率的主因，而與其他材料接觸則會抑制此振動模。該團隊目前正在研究基板對於少層石墨片的影響。Shi表示，他們預期此介面交互作用的效應對於上層石墨片將會變弱，也就是多層石墨片應有高於單層石墨片的導熱率。詳見Science 328, 213-216 (2010)。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/42255
譯者:劉家銘(成功大學物理系)
責任編輯:蔡雅芝
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