Att göra allt mindre och kraftfullare chips kräver nya ultratunna material:2D-material som bara är 1 atom tjocka, eller till och med bara ett par atomer. Tänk på grafen eller ultratunt kiselmembran till exempel.
Forskare vid TU Delft har tagit ett viktigt steg i tillämpningen av dessa material:de kan nu mäta viktiga termiska egenskaper hos ultratunna kiselmembran. En stor fördel med deras metod är att ingen fysisk kontakt behöver göras med membranet, så orörda egenskaper kan mätas och ingen komplex tillverkning krävs.
Resultaten publiceras i tidskriften APL Materials .
"Extremt tunna membran har väldigt olika egenskaper än de material vi ser omkring oss. Till exempel är grafen starkare än stål men ändå extremt flexibelt", säger TU Delft-forskaren Gerard Verbiest. "Detta är egenskaper som gör dessa material mycket lämpliga för användning i sensorer, förutsatt att dessa egenskaper är korrekt förstådda."
Som med många elektronik är värmeledning en stor utmaning för att uppnå bästa prestanda. Det hjälper till att avgöra hur väl ett material kommer att reagera på vissa belastningar som ett chip eller sensor måste bära. Värmeledning i två dimensioner skiljer sig fundamentalt från den i tre dimensioner.
Som en konsekvens är de termiska egenskaperna hos 2D-material av stort intresse, både ur vetenskaplig synvinkel och tillämpningssynpunkt. Det finns dock få tekniker tillgängliga för noggrann bestämning av dessa egenskaper i ultratunna suspenderade membran.
Forskarna använde en optomekanisk metod för att extrahera värmeutvidgningskoefficienten, specifik värme och värmeledningsförmåga hos ultratunna membran gjorda av 2H-TaS2 , FePS3 , polykristallint kisel, MoS2 och WSe2 . Det involverade att driva ett upphängt membran med hjälp av en effektmodulerad laser och mäta dess tidsberoende avböjning med en andra laser. På så sätt mäts både den temperaturberoende mekaniska grundresonansfrekvensen för membranet och den karakteristiska termiska tidskonstanten vid vilken membranet kyls ner
Samarbete mellan vetenskap och industri är avgörande för utvecklingen av denna teknik. Verbiest säger:"Genom att mäta tunna kiselmembran i det här projektet har vi visat tekniken vi utvecklade i Delft för att arbeta med material som är relevanta för halvledarindustrin. Detta ger forskningen ett extra lyft, eftersom insikterna då potentiellt leder direkt till en framtida industriell tillämpning. , vilket är viktigt för Nederländerna och en betydande motivation för sådan forskning."
De erhållna termiska egenskaperna överensstämmer väl med de värden som rapporterats i litteraturen för samma material. Denna forskning ger en optomekanisk metod för att bestämma de termiska egenskaperna hos ultratunna suspenderade membran, som är svåra att mäta annars. Det ger en väg mot att förbättra vår förståelse av värmetransport i 2D-gränsen och underlättar konstruktion av 2D-strukturer med en dedikerad termisk prestanda.
Mer information: Hanqing Liu et al, Optomekanisk metodik för att karakterisera de termiska egenskaperna hos 2D-material, APL-material (2024). DOI:10.1063/5.0190680
Journalinformation: APL-material
Tillhandahålls av Delft University of Technology
