(PhysOrg.com) - Även om diamanter kan vara en tjejs bästa vän, de är också omtyckta av forskare som arbetar för att förbättra prestandan hos elektroniska enheter.

Två nya studier utförda vid det amerikanska energidepartementets Argonne National Laboratory har avslöjat en ny väg för materialforskare att använda tidigare outforskade egenskaper hos tunnfilmer med nanokristallin-diamant. Medan egenskaperna hos diamant tunna filmer är relativt väl förstådda, den nya upptäckten kan dramatiskt förbättra prestanda för vissa typer av integrerade kretsar genom att minska deras "termiska budget".

I årtionden, ingenjörer har försökt bygga effektivare elektroniska enheter genom att minska storleken på deras komponenter. I processen att göra det, dock, forskare har nått en "termisk flaskhals, "sade Argonne nanovetenskapare Anirudha Sumant.

I en termisk flaskhals, överskottsvärmen som genereras i enheten orsakar oönskade effekter som påverkar dess prestanda. "Om vi ​​inte hittar på innovativa sätt att suga värmen från vår elektronik, vi är ganska fast med denna flaskhals, "Förklarade Sumant.

De ovanligt attraktiva termiska egenskaperna hos diamant tunna filmer har fått forskare att föreslå att man använder detta material som en kylfläns som kan integreras med ett antal olika halvledande material. Dock, deponeringstemperaturerna för diamantfilmerna överstiger vanligtvis 800 grader Celsius - ungefär 1500 grader Fahrenheit, vilket begränsar genomförbarheten av detta tillvägagångssätt.

"Spelets namn är att producera diamantfilmer vid lägsta möjliga temperatur. Om jag kan odla filmerna i 400 grader, det gör det möjligt för mig att integrera detta material med en hel rad andra halvledarmaterial, "Sa Sumant.

Genom att använda en ny teknik som förändrade deponeringsprocessen för diamantfilmerna, Sumant och hans kollegor vid Argonnes Center for Nanoscale Materials kunde både sänka temperaturen till nära 400 grader Celsius och justera de termiska egenskaperna hos diamantfilmerna genom att kontrollera deras kornstorlek. Detta möjliggjorde en eventuell kombination av diamanten med två andra viktiga material:grafen och galliumnitrid.

Enligt Sumant, diamant har mycket bättre värmeledningsegenskaper än kisel eller kiseloxid, som traditionellt användes för tillverkning av grafenanordningar. Som ett resultat av bättre värmeborttagning, grafenenheter tillverkade på diamant kan upprätthålla mycket högre strömtätheter.

I den andra studien, Sumant använde samma teknik för att kombinera diamant tunna filmer med galliumnitrid, som används flitigt i kraftfulla ljusemitterande enheter (LED). Efter avsättning av en 300 nm tjock diamantfilm på ett galliumnitridsubstrat, Sumant och hans kollegor märkte en avsevärd förbättring av den termiska prestandan. Eftersom en skillnad inom en integrerad krets på bara några grader kan orsaka en märkbar förändring av prestanda, han kallade detta resultat "anmärkningsvärt".

"Den gemensamma länken mellan dessa experiment är att vi hittar nya sätt att sprida värme mer effektivt samtidigt som vi använder mindre energi, vilket är nyckeln, "Sumant sa." Dessa processer är avgörande för industrin eftersom de letar efter sätt att övervinna konventionella gränser för halvledande kretsar och driva nästa generation elektronik. "

Resultaten av de två studierna rapporterades i Nano bokstäver och Avancerade funktionella material . Båda dessa studier utfördes i samarbete med professor Alexander Balandin vid University of California-Riverside och hans doktorander Jie Yu, Guanxiong Liu och Dr Vivek Goyal, en ny doktorsexamen examen.

Finansiering för forskningen vid Center for Nanoscale Materials gavs av programmet Basic Energy Sciences från U.S. Department of Energy’s Office of Science.