När vi tänker på modern teknik i våra dagliga liv, telefoner, tabletter, och bärbara datorer, omedelbart tänka på. Att använda dessa elektroniska enheter under längre perioder leder till ett välbekant problem - överhettning. Eftersom elektroniken har blivit mindre, att bli av med värme har blivit mer utmanande och mer nödvändigt.

Alla har känt sin telefon bli varm i handflatorna medan de spelat eller har behövt flytta datorn från varv till bord för att slippa den brännande känslan av en surfning som gått för länge. Vanligtvis, värme avlägsnas genom botten av transistorerna (halvledarenheter) som utgör elektroniska enheter; dock, forskning från College of Engineering vid Carnegie Mellon University har visat att toppen av transistorn erbjuder en ytterligare värmeborttagningsväg.

Forskare kombinerade analytiska tillvägagångssätt och atomistiska materialsimuleringar (modelleringsmaterial på atomnivå på datorn) för att utveckla en ny prediktiv teori för att kvantifiera värmeborttagning från ovansidan av en transistor. Arbetet utfördes av Jonathan Malen och Alan McGaughey, professorer i maskinteknik, och Ph.D. student Henry Aller. Resultaten publicerades i Fysisk granskning tillämpad .

"Det finns det konventionella sättet att ta bort värme från elektronik, som är genom botten, "sa McGaughey." För att få ut det genom toppen, du måste gå från en halvledare till en metall. Metallen tjänar ett syfte i dessa enheter, som ska tillhandahålla elen; men det har också potential att hjälpa till att ta bort värmen. Metaller har vanligtvis valts med tanke på de elektriska aspekterna, men inte de termiska aspekterna. "

Problemet med detta tillvägagångssätt är att metaller för närvarande föredras för sina elektriska egenskaper och stabilitet från gränssnitt med halvledare som uppvisar ett stort motstånd mot värmeborttagning. Dålig värmeborttagning leder till höga driftstemperaturer och kortare livslängd. Teamets forskning tyder på att man använder två lager metall, med noggrant urval av kompositionen och tjockleken på mittskiktet, kan minska motståndet mot avlägsnande av värme.

Deras modell hjälper till att effektivisera utvecklingen av termiskt effektiva enheter. McGaughey tillade, "Ett av resultaten av detta arbete är att vi nu effektivt kan utforska hur man väljer de metaller som ska läggas ovanpå elektronik, för att öka värmeavlägsnandet samtidigt som normal elektrisk funktionalitet bibehålls. "

Även om tillämpningen av deras forskning kan vara omedelbart relevant för kraftfull elektronik som används för kommunikationsteknik, McGaughey uttryckte att det kommer att ha ett långtgående användningsområde.

Trots att detaljerna är komplexa, McGaughey tror att den sista ekvationen, som matematiskt beskriver den grundläggande fysiken och har validerats mot över 100 existerande experiment, är lätt att använda, låna sig för framtida expansion och forskning.