Gineann dé-óid léasair ardchumhachta, an cineál a phumpálann léasair ghearrtha nó feiste leighis, méid dochreidte teasa ó limistéar sliseanna micreascópach. Ní mór an teas dian, dírithe seo a scaipeadh go tapa agus go cothrom, nó scriosfaidh an sliseanna é féin i gcodán soicind. Is seoltóir teasa den scoth é copar, ach i gcás na bhfeidhmeanna is foircneacha seo, níl fiú copar tapa go leor. Is é an réiteach deiridh ná leathadh teasa déanta as diamant íon, sintéiseach-ábhar a sheolann teas níos fearr ná aon rud eile ar domhan.
An Dúshlán Bainistíochta Teirmeach i nDé-óidí Léasair Ardchumhachta
Feidhmíonn dé-óid léasair le dlús srutha leictrigh an-ard atá teoranta do réigiún gníomhach atá níos lú ná 100 µm × 1 mm go minic. Féadfaidh an teas dramhaíola a ghintear ag an acomhal bídeach seo dul thar 1 kW/cm². Gan leathadh teasa thar a bheith éifeachtach, ardaíonn teocht an acomhal os cionn rátáil uasta an fheiste (go hiondúil 50-85 céim le haghaidh oibriú leanúnach tonnta), rud a fhágann go n-aistrítear tonnfhad, rolladh as an gcumhacht, agus sa deireadh damáiste tubaisteach optúil.
Caithfidh an leathán teasa-ar a dtugtar fo-fheisteas nó an platen (chuck) a choinníonn an dé-óid léasair-dhá fheidhm chomhuaineacha a chomhlíonadh:
Scaip an teas go cliathánachón láthair te micreascópach go dtí limistéar níos mó inar féidir é a bhaint le fuaraitheoir teirmileictreach nó le pláta fuar uisce-fhuaraithe.
Aonrú go leictreachteagmhálacha leictreacha an dé-óid léasair ón bpláta talún, toisc go bhfuil an chuid is mó de na dé-óidí léasair tiomáinte go leictreach.
Is é copar an t-ábhar tagarmharcála le haghaidh scaiptheoirí teasa le fada an lá mar gheall ar a seoltacht ard teirmeach (≈400 W/m·K) agus éascaíocht monaraithe. Mar sin féin, is seoltóir leictreach den scoth é copar agus mar sin teastaíonn ciseal inslithe breise (eg, ceirmeach tanaí nó sciath tréleictreach) nuair a úsáidtear é mar phláitín. Tugann an ciseal breise seo friotaíocht teirmeach isteach, rud a dhiúltóidh cuid de bhuntáiste copair.
CVD Diamond mar Scaipeadh Teasa: Airíonna agus Déantúsaíocht
Déantar diamant um Thaisceadh Gaile Ceimiceach (CVD) a tháirgeadh trí scannáin ilchriostalacha nó diamant aonchriostail a fhás ó phlasma hidreacarbóin-hidrigine go foshraith. Tar éis fás, baintear an ciseal diamanta as an tsubstráit mar phláta neamhspleách, ar féidir é a snasú go dtí dromchla réidh réidh (Ra < 10 nm) agus a ghearradh go dtí na toisí riachtanacha.
Braitheann seoltacht theirmeach Diamond CVD go mór ar a cháilíocht criostalach:
Diamond CVD polycrystalline– Réimsíonn seoltacht theirmeach tipiciúil ó 1000 go 1500 W/m·K, agus luachanna timpeall 1200–1300 W/m·K coitianta d’ábhar de ghrád optúil. Tá an seoltacht teoranta ag scaipeadh phonóin ag teorainneacha gráin agus neamhíonachtaí.
Diamant CVD ardchaighdeáin, íon iseatópach– Trí úsáid a bhaint as saibhriú carbóin-12 (¹²C) agus trí eisíontais nítrigine agus bóróin a laghdú, baineadh amach seoltachtaí teirmeacha ar mó iad ná 2000 W/m·K. Téann sé seo i dtreo teorainn theoiriciúil na diamant nádúrtha (≈2200 W/m·K ag teocht an tseomra).
Chun comparáid a dhéanamh, tá seoltacht theirmeach timpeall 401 W/m·K ag 25 céim ag copar íon (annealaithe, 99.99%). Is fearr fiú an diamant CVD den ghrád is ísle (≈800 W/m·K) copar dhá fhachtóir. Tá diamond CVD ilchriostalach caighdeánach (1200 W/m·K) trí huaire níos fearr ná copar, agus tá Diamond feabhsaithe iseatópach cúig huaire níos fearr.
Comparáid Dhíreach: CVD Diamond vs Scaipeadh Teas Copper le haghaidh Pláta Dé-óid Léasair
Tá anDiamaint CVD vs leathán teasa copair pláta dé-óid léasairbaineann an mheastóireacht le méadracht feidhmíochta iolracha thar seoltacht teirmeach amh. Tugann an tábla thíos achoimre ar na príomhchomparáidí:
| Maoin | Copar (íon, Annealed) | Diamaint CVD polycrystalline |
|---|---|---|
| Seoltacht theirmeach (W/m·K) ag 25 céim | ≈400 | 1000–1500 (typical); >2000 (íon iseatópach) |
| Friotaíocht leictreach (Ω·cm) | ≈1.7 × 10⁻⁶ (seoltóir) | >10¹⁴ (inslitheoir) |
| Comhéifeacht leathnú teirmeach (CTE, ppm/K) | ≈16.5 | ≈1.0–2.5 (ag brath ar chriostalacht) |
| Dlús (g/cm³) | 8.96 | 3.52 |
| Modulus Young (GPa) | 110–130 | 1000–1200 |
| Cruas briste (MPa·m¹/²) | ≈80–100 (insínte) | ≈3–5 (ceirmeach sobhriste) |
| Costas (i gcomparáid le copar) | 1× | 100–500× |
Is mórbhealach criostalach foirfe é Diamond le haghaidh teasa, áit nach bhfuil ann ach copar ach bóthar miotalach tapa, ach lochtach.
Friotaíocht Scaipthe Teirmeach
Príomhfhigiúr a bhfuil fiúntas ag baint leis do leatar teasa is ea an fhriotaíocht leathadh teirmeach-an t-ardú teochta a chothaíonn an neamhréir idir foinse teasa beag agus doirteal teasa níos mó. Maidir le foinse teasa cearnach d’fhad taoibh �a ar leathán leath-éiginnte, tá an fhriotaíocht leathadh ���Rsp i gcomhréir inbhéartach le ��⋅�πa⋅k, áit arb é �k an seoltacht theirmeach. Mar sin, leathnaíonn dúbailt �k an fhriotaíocht leathadh. I gcás barra dé-óid léasair 1 mm × 0.1 mm, taispeánann leathadh copair (k = 400 W/m·K) friotaíocht leathadh atá thart ar trí huaire níos airde ná scaiptheoir diamanta CVD (k = 1200 W/m·K). Aistríonn sé seo go díreach go teocht acomhal níos ísle-go minic 20-40 céim with don leatadóir Diamond faoi na coinníollacha fuaraithe céanna.
Buntáiste Leithlisiú Leictreach
Because diamond is an electrical insulator (resistivity >10¹⁴ Ω·cm), is féidir an scaiptheoir teasa diamanta CVD a chur go díreach idir teagmháil leictreach an dé-óid léasair agus an pláitíní miotail gan aon chiseal tréleictreach breise. I gcodarsnacht leis sin, teastaíonn ciseal inslithe leictreach ar leith as copar (amhail Al₂O₃, AlN, nó sciath tanaí diamaint). Cuireann an ciseal sin friotaíocht teirmeach-go hiondúil 0.5–2 céim ·cm²/W-a laghdaíonn feidhmíocht éifeachtach an leata copair. Comhcheanglaíonn an scaiptheoir diamanta CVD scaipeadh teasa agus leithlisiú leictreach in aon ábhar monolithic amháin.
Comhtháthú sa Tionól Platen
Ní dhéantar scaiptheoir teasa diamanta CVD a ionadú go simplí as copar ag baint úsáide as na teicnící gléasta céanna. Is ceirmeach righin, brittle é an t-ábhar le comhéifeacht an-íseal leathnaithe teirmeach (CTE) de thart ar 1–2.5 ppm/K, i gcomparáid le copar ar 16.5 ppm/K. Má tá pláta diamanta sádráilte go díreach nó brazed le heatsink copair, tá an neamhréire CTE mór ionduchtú strus teirmeach ard le linn rothaíocht teochta, is féidir a crack an Diamond.
Éilíonn comhtháthú rathúil:
Sraitheanna comhéadan– Úsáidtear ciseal tanaí comhlíontach (amhail sádróir bog stáin óir (AuSn) nó ábhar comhéadan teirmeach bunaithe ar ghraifít) chun freastal ar struis lomadh. Coimeádtar tiús na sraithe beag (5-20 µm) chun friotaíocht teirmeach a íoslaghdú agus faoiseamh brú a cheadú.
Teastinsí CTE meaitseáilte– Mar mhalairt air sin, tá an leatán diamanta ceangailte le heatsink déanta as ábhar CTE íseal amhail copar-tungstain (CuW, CTE ≈ 8 ppm/K) nó copar-moluibdín (CuMo, CTE ≈ 7 ppm/K). Laghdaíonn sé seo an brú ar an Diamond.
Miotalú– Déantar an dromchla diamanta a mhiotalú (eg, le ilchiseal Ti/Pt/Au nó Ti/W/Ni/Au) chun sádráil a chumasú. Ní mór don mhiotalú cloí go láidir le Diamond, atá támh go ceimiceach. Úsáidtear miotal foirmithe carbide (tíotáiniam nó cróimiam) mar an chéad chiseal.
Nuair a dhéantar é a dhearadh i gceart, maireann an scaiptheoir teasa Diamond CVD na mílte timthriallta teirmeach gan díghrádú.
Feidhmchláir Phraiticiúil agus Teorainneacha
Úsáidtear scaradóirí teasa diamanta CVD i:
Barraí dé-óid léasair ardchumhachta agus eagairdo ghearradh tionsclaíoch, do tháthú, agus do phumpáil léasair soladstaide.
Modúil dé-óid léasair le haghaidh cumarsáide optúla(teileachumarsáid agus datacom) a éilíonn cobhsaíocht thonnfhad daingean.
Córais léasair leighis(eg, deirmeolaíocht, máinliacht) áit a bhfuil iontaofacht agus dlúthphacáistiú ríthábhachtach.
Trasraitheoirí cumhachta minicíocht raidió (RF).agus ciorcaid iomlánaithe micreathonnta mhonailíocha (MMICanna), áit a bhfuil dúshláin teirmeacha comhchosúla ann.
I measc na dteorainneacha a bhaineann le diamaint CVD tá:
Costas– Cosnaíonn scaradóir diamanta CVD 10 mm × 10 mm × 0.3 mm na céadta dollar, i gcomparáid le cúpla cent le haghaidh píosa copair den mhéid céanna. Dá bhrí sin, tá diamant in áirithe d'iarratais nach féidir le copar na ceanglais teirmeacha a chomhlíonadh.
Castacht déantúsaíochta– Teastaíonn trealamh speisialaithe (uirlisí gearrtha léasair nó uirlisí meilte líonta le diamant) agus saineolas le haghaidh gearrtha, rádlaithe, snasta agus miotalaithe diamaint.
Leochaileacht mheicniúil– Tá plátaí diamanta brittle agus is féidir iad a scoilteadh trí mhí-láimhseáil nó trí ró-fhórsa clampála.
Forbairtí sa Todhchaí
Leanann taighde ar aghaidh ag laghdú costas diamant CVD trí rátaí taisce níos airde, réimsí fáis níos mó, agus toradh feabhsaithe. Tá diamant íon iseatópach (³⁰ C) fós costasach agus teoranta do thaighde, ach tá fáil níos mó ar bhonn tráchtála ar dhiamant ilchriostalach le seoltaí 1500–1800 W/m·K. Ina theannta sin, tá leatháin teasa ilchodacha diamanta (eg, ábhair ilchodacha diamanta-copair nó diamaint-airgid) á bhforbairt chun seoltacht ard diamant a chomhcheangal le hinsínteacht miotail agus meaitseáil CTE, cé go bhfuil na seoltaí iarmhartacha (600–800 W/m·K) níos ísle ná an diamant íon.
Conclúid
Is é CVD Diamond an t-ábhar deiridh, gan aon chomhréiteach le scaipeadh teasa, criostail iontach sársheoltach go teirmeach a fhágann fiú na miotail is fearr i bhfad taobh thiar, in áirithe do na dúshláin bhainistíochta teirmeach is mionlach. Tá seoltacht theirmeach aige ar mó é ná 1000 W/m·K-agus go minic os cionn 1200 W/m·K i ngráid tráchtála-Déanann diamant CVD amach copar de thrí nó níos mó. Nuair a dhéantar é a chomhcheangal lena insliú leictreach dúchasach, cuireann Diamond deireadh leis an ngá atá le sraitheanna tréleictreach breise a laghdaíonn feidhmíocht éifeachtach na scaiptheoirí miotail. Cé go n-éilíonn costas agus nádúr brittle Diamond comhtháthú cúramach isteach sa dé-óid léasair platen, aistríonn an laghdú ar theocht acomhal go díreach isteach i gcumhacht aschuir léasair níos airde, saolré feiste níos faide, agus rialú tonnfhad níos cúinge. Déanfar na léasair is teo agus is cumhachtaí sa todhchaí a fhuaraithe le pláta de dhiamant sintéiseach íon.
