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뛰어난 열 전도성으로 유명한 다이아몬드는 방열 소재 중 '황금 표준'으로 간주됩니다. 그러나 극도의 경도와 가공 문제로 인해 실제 적용이 제한되었습니다.
이를 해결하기 위해 연구팀은 '상향식(bottom-up)' 다이아몬드 성장 방식을 제안했다. 칩 표면에 패턴화된 다이아몬드 층을 직접 구성함으로써 정밀한 열 추출이 가능합니다. 견고한 다이아몬드 블록을 먼저 제작한 다음 절단하고 조각하는 전통적인 "하향식" 가공과 비교할 때 새로운 방법은 재료 손상과 높은 비용을 방지합니다.
이 기술은 마이크로파 플라즈마 화학 기상 증착(CVD)을 사용합니다 . 연구원들은 먼저 포토리소그래피를 사용하여 칩 표면에 "템플릿"을 만든 다음 나노 크기의 다이아몬드 "씨앗"을 템플릿에 증착합니다 .
고에너지 원자로 내에서 탄소가 풍부한 가스는 마이크로파 에너지에 의해 플라즈마로 변환됩니다. 그런 다음 탄소 원자는 핵에 증착되어 부착되어 열 전도성 다이아몬드 층으로 층별로 성장합니다. 연구자들은 핵형성이 다이아몬드 성장의 중요한 단계이며 탄소 원자가 결정 구조를 형성하는 기초를 제공한다는 점을 강조합니다.
전자제품에서 열은 성능을 제한하는 핵심 요소입니다. 23°C의 온도 감소는 장치 수명을 연장할 뿐만 아니라 과열 없이 더 높은 작동 속도를 가능하게 한다는 점에서 실질적인 의미를 갖습니다.
보고서에 따르면 포토리소그래피는 고해상도의 복잡한 패터닝 응용 분야에 사용되는 반면, 레이저 절단 박막은 대면적 시나리오에 사용되어 다양한 상황에 걸쳐 공정 적응성을 달성합니다. 이러한 유연성은 산업화를 위한 실행 가능한 경로를 제공하는 것으로 간주됩니다.
또한 이 공정은 실리콘 및 질화갈륨을 포함한 여러 반도체 기판 재료와 호환되므로 다양한 기술 경로에 걸쳐 고성능 다이아몬드 열 레이어를 통합하기 위한 토대를 마련합니다.
연구팀은 새로운 방법이 AI 칩, 5G 하드웨어 등 고전력 반도체 장치에 잠재적으로 응용될 수 있는 2인치 웨이퍼 제조까지 성공적으로 확장되었다고 보고합니다.
팀은 다이아몬드 열 관리 기술을 전자 장치에 통합하기 위한 확장 가능하고 효과적인 접근 방식을 확인했습니다. 이는 스마트폰, 배터리, 컴퓨팅 장비의 효율성과 신뢰성을 향상시키는 데 잠재적인 영향을 미칩니다.
연구팀의 다음 단계는 보다 긴밀한 구조적 통합을 달성하기 위해 다이아몬드 층과 기본 전자 부품 사이의 인터페이스 결합을 최적화하는 것을 목표로 합니다. 이 분야의 획기적인 발전은 더 빠른 속도와 더 큰 전력 처리가 가능한 차세대 트랜지스터 장치의 개발을 촉진할 수 있습니다.
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