সেমিকন্ডাক্টর ফিল্ডে ডায়মন্ডের প্রয়োগে আরেকটি অগ্রগতি

কৃত্রিম বুদ্ধিমত্তা প্রযুক্তির অগ্রগতির সাথে, ইন্টিগ্রেটেড সার্কিট বৈশিষ্ট্যের আকার ক্রমাগত ক্ষুদ্রাকার করা হয় এবং ইন্টিগ্রেশন ঘনত্ব ক্রমাগত বাড়তে থাকে, যা ডিভাইসের স্তরের তাপ প্রবাহে উল্লেখযোগ্য বৃদ্ধির দিকে পরিচালিত করে। বর্তমানে, ইলেকট্রনিক চিপগুলির তাপ প্রবাহের ঘনত্ব আনুমানিক 1000 W/cm²-এ পৌঁছেছে, স্থানীয় হট স্পট হাজার হাজার W/cm² ছাড়িয়ে গেছে। যদি এই তাপটি কার্যকরভাবে অপসারণ করা না যায়, তাহলে ডিভাইসের তাপমাত্রা বৃদ্ধি পাবে, কর্মক্ষমতা হ্রাস পাবে, স্থিতিশীলতা এবং নির্ভরযোগ্যতা আপোস করা হবে এবং চরম ক্ষেত্রে ব্যর্থতা বা তাপ বার্নআউট ঘটবে।

 

মাইক্রোচ্যানেল হিট সিঙ্কগুলি তাদের উচ্চ তাপীয় দক্ষতা, কমপ্যাক্ট গঠন এবং সিস্টেম ইন্টিগ্রেশনের সহজতার কারণে একটি জনপ্রিয় প্রযুক্তিতে পরিণত হয়েছে। যাইহোক, তারা তাদের জ্যামিতিক কনফিগারেশন এবং উচ্চ তাপমাত্রায় পৃষ্ঠের বৈশিষ্ট্য বজায় রাখতে অসুবিধার কারণে চাপ বৃদ্ধির মতো চ্যালেঞ্জের মুখোমুখি হয়। হীরা, তার অত্যন্ত উচ্চ তাপ পরিবাহিতা (1000-2200 W/(m・K)), উচ্চ গলনাঙ্ক এবং বৈদ্যুতিক নিরোধক বৈশিষ্ট্য সহ, তাপ পরিবাহিতা এবং তাপ সম্প্রসারণ গুণাঙ্কে তাদের সুবিধার সাথে AlN সাবস্ট্রেট এবং Pt পাতলা ফিল্মগুলি তাদের দ্বৈত উত্তাপ এবং তাপমাত্রা পরিমাপের জন্য উপাদানগুলির দ্বৈত উত্তাপ এবং তাপমাত্রা পরিমাপের জন্য উপযুক্ত। সিস্টেম লক্ষ্য হল উচ্চ তাপ প্রবাহের তাপ ব্যবস্থাপনার চ্যালেঞ্জ মোকাবেলায় সিভিডি-ডিএমসি-এর উপর ভিত্তি করে একটি ভিন্নধর্মী উপাদান সমন্বিত কুলিং সলিউশন তৈরি করা।

 

নানজিং ইউনিভার্সিটি অফ সায়েন্স অ্যান্ড টেকনোলজির হু ডিংহুয়া, চীন একাডেমি অফ ইঞ্জিনিয়ারিং ফিজিক্সের মাইক্রোসিস্টেম এবং তেরাহার্টজ রিসার্চ সেন্টারে কোয়ানফেং ঝু'র দলের সহযোগিতায়, সম্প্রতি একটি রাসায়নিক বাষ্প জমা (CVD) ডায়মন্ড মাইক্রোচ্যানেল-ভিত্তিক ভিন্নধর্মী উপাদান ইন্টিগ্রেটেড কুলিং (DMC) সমাধানের প্রস্তাব করেছেন৷ সিমুলেশন এবং পরীক্ষামূলক পদ্ধতির সংমিশ্রণ ব্যবহার করে, তারা অতি-উচ্চ তাপ প্রবাহের অবস্থার অধীনে এর তাপ স্থানান্তর কার্যকারিতা পদ্ধতিগতভাবে তদন্ত করেছে। ইন্টারন্যাশনাল জার্নাল অফ হিট অ্যান্ড ম্যাস ট্রান্সফার-এ "উচ্চ তাপ প্রবাহের ভিন্নধর্মী উপাদান-ইন্টিগ্রেটেড ডাইসের জন্য সিভিডি ডায়মন্ড মাইক্রোচ্যানেল কুলিং এর পরীক্ষামূলক এবং সংখ্যাগত অধ্যয়ন" শীর্ষক গবেষণাটি প্রকাশিত হয়েছিল৷

 

গবেষণাটি একটি অ্যালুমিনিয়াম নাইট্রাইড (AlN) সাবস্ট্রেটের সাথে সিভিডি ডায়মন্ড মাইক্রোচ্যানেলগুলিকে একীভূত করেছে, যার উপর ফেমটোসেকেন্ড লেজার মাইক্রোমেশিনিং ব্যবহার করে বিভিন্ন জ্যামিতির পাঁজর কাঠামো তৈরি করা হয়েছিল। অধ্যয়নটি সর্বোত্তম ডিজাইনের পরামিতি নির্ধারণ করতে আয়তক্ষেত্রাকার, বৃত্তাকার এবং হীরার আকৃতির পাঁজরের তাপ স্থানান্তর এবং প্রবাহ বৈশিষ্ট্যের তুলনা করার উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে। গবেষণাটি প্রথমে একই কাঠামোর সাথে হীরা এবং সিলিকন মাইক্রোচ্যানেলগুলির তাপ অপচয় কর্মক্ষমতা তুলনা করে। 1100 W/cm² এর তাপ প্রবাহে, ডায়মন্ড মাইক্রোচ্যানেলের সর্বোচ্চ তাপমাত্রা সিলিকন চ্যানেলের তুলনায় প্রায় 30 ডিগ্রি কম ছিল, যা উচ্চতর তাপ সঞ্চালন এবং প্রসারণ ক্ষমতা প্রদর্শন করে। তিনটি পাঁজরের কাঠামোর তুলনা প্রমাণ করে যে হীরার আকৃতির পাঁজরের গঠনটি উচ্চতর তাপ ব্যবস্থাপনা কার্যকারিতা প্রদান করে। 144 মিলি/মিনিট প্রবাহের হারে, হীরার আকৃতির পাঁজরের নমুনাটি প্রায় 66 ডিগ্রি সর্বোচ্চ তাপমাত্রা অর্জন করেছে, যা বৃত্তাকার এবং সোজা পাঁজরের চেয়ে কম। হীরার আকৃতির কাঠামো কার্যকরভাবে সীমানা স্তরকে ব্যাহত করে, তরল মিশ্রণকে উৎসাহিত করে এবং স্থানীয় তাপ স্থানান্তর গুণাঙ্ক উন্নত করে; যাইহোক, এটি একটি সামান্য উচ্চ চাপ ড্রপ ফলাফল. কর্মক্ষমতা মূল্যায়ন সূচক (PEC) দেখায় যে হীরার আকৃতির কাঠামোটি তাপ স্থানান্তর এবং শক্তি খরচের মধ্যে একটি সর্বোত্তম ভারসাম্য অর্জন করে।

 

গবেষণার ফলাফলগুলি উচ্চ-তাপ-ফ্লাক্স ইলেকট্রনিক প্যাকেজিং, পাওয়ার ডিভাইস এবং এআই চিপগুলির জন্য নতুন শীতল করার কৌশল প্রদান করে৷ ডায়মন্ড মাইক্রোচ্যানেলগুলির উচ্চ তাপ পরিবাহিতা এবং বৈদ্যুতিক নিরোধক বৈশিষ্ট্যগুলি ডেটা সেন্টার, রেডিও ফ্রিকোয়েন্সি মডিউল এবং 3D প্যাকেজিংগুলিতে ভবিষ্যতের অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য প্রতিশ্রুতিবদ্ধ করে তোলে।