9 de septiembre de 2025
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Los disipadores de calor de grafeno son superiores a los nanotubos de carbono y al diamante para dispositivos electrónicos y fotónicos, según investigadores del Laboratorio de Nanodispositivos.
Los disipadores de calor de grafeno son superiores a los nanotubos de carbono y al diamante para dispositivos electrónicos y fotónicos, según investigadores del Laboratorio de Nanodispositivos.
Tipo de artículo: Noticias del sector. Procedencia: Microelectronics International, Volumen 27, Número 3
Investigadores del Laboratorio de Nanodispositivos de la Universidad de California en Riverside han descubierto que la conductividad térmica del grafeno es mayor que la del diamante y los nanotubos de carbono, lo que lo convierte en un material excelente para la gestión térmica. El uso del grafeno como componente de gestión térmica optimiza la disipación del calor, permitiendo así que los dispositivos y circuitos consuman más energía y tengan una vida útil más prolongada.
El profesor de ingeniería eléctrica de la UC Riverside, Alexander A. Balandin, el Dr. Dmitri Kotchetkov y Suchismita Ghosh han desarrollado un dispositivo y un método asociado para la disipación de calor en dispositivos electrónicos, optoelectrónicos y fotónicos mediante la incorporación de canales o capas integradas de alta conductividad térmica, fabricadas con grafeno monocapa, bicapa o multicapa. Las capas de grafeno para la disipación de calor y el método de fabricación se describen en detalle en la patente estadounidense n.° 20100085713.
En la industria existe una tendencia a reducir el tamaño de los dispositivos semiconductores y los circuitos integrados (CI). Al mismo tiempo, estos dispositivos y circuitos se diseñan para realizar más funciones. Para satisfacer la demanda de menor tamaño y mayor funcionalidad, es necesario incluir un mayor número de circuitos en una unidad de área determinada. Como consecuencia del aumento de funcionalidad y densidad en el empaquetado, los dispositivos y circuitos consumen más energía. Esta energía se disipa típicamente en forma de calor generado por los dispositivos. El aumento en la generación de calor, junto con la necesidad de reducir el tamaño, conlleva un incremento en la cantidad de calor generado por unidad de área. Este aumento en la cantidad de calor generado por unidad de área implica la necesidad de incrementar la velocidad de transferencia de calor desde los dispositivos y circuitos a los disipadores de calor o al ambiente para evitar que se dañen por la exposición a un calor excesivo.
El grafeno puede utilizarse para la gestión térmica y la refrigeración de alto flujo de dispositivos y circuitos electrónicos, como transistores de efecto de campo, circuitos integrados, placas de circuito impreso, circuitos integrados tridimensionales y dispositivos optoelectrónicos, como diodos emisores de luz, y dispositivos y circuitos electrónicos, optoelectrónicos y fotónicos relacionados.
El grafeno, descubierto por los inventores, se caracteriza por una conductividad térmica extremadamente alta, lo que permite su uso para la disipación de calor. Las implementaciones empleadas aprovechan la geometría plana del grafeno, lo que facilita su integración en la estructura del dispositivo. Estas implementaciones permiten una mejor gestión térmica de los dispositivos y circuitos electrónicos y optoelectrónicos, así como una reducción del consumo energético.
El grafeno puede utilizarse como material disipador de calor e incorporarse a diseños de dispositivos y chips de formas que no son posibles con otros materiales. Entre las aplicaciones propuestas para disipadores de calor de grafeno se incluyen capas de grafeno en MOSFET, encapsulados de circuitos integrados, placas de circuitos impresos y como material de relleno en materiales de interfaz térmica.
No se conocen aplicaciones del grafeno como material disipador de calor en dispositivos y circuitos semiconductores, encapsulados de circuitos integrados ni placas de circuito impreso (PCB). La mayoría de los dispositivos semiconductores y circuitos integrados fabricados no incluyen componentes de gestión térmica integrados en los sustratos. Los métodos tradicionales de disipación de calor (microrefrigeración líquida, soplado de aire y disipadores externos) siguen siendo ineficaces para eliminar puntos calientes en la región cercana a la corriente de drenaje-fuente o al nuevo cableado de interconexión.
Esa región absorbe la mayor parte del calor generado y sigue siendo la parte del dispositivo o circuito con mayor probabilidad de dañarse por el calor excesivo. La incorporación de una capa del material con alta conductividad térmica en el sustrato aumenta el flujo de calor tolerable. Además, el calor se propaga lateralmente dentro del plano de grafeno, lo que resulta en un aumento del área de disipación de calor, una reducción del flujo de calor y una absorción de calor más uniforme por parte del sustrato.
El grafeno posee una conductividad térmica más del doble que la del diamante, lo que permite una mayor velocidad de disipación del calor. Los requisitos de temperatura para el procesamiento del grafeno son inferiores a los del diamante. El uso del grafeno como material disipador de calor en dispositivos semiconductores, encapsulados de chips y placas de circuito impreso (PCB) posibilita un aumento de la potencia tolerable.
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