Eletrônica

Este cristal pode tirar o calor dos computadores

Cristal com condutividade térmica inédita vai ajudar a esfriar chips
O cristal inusitado será útil para a eletrônica de potência. [Imagem: University of Houston]

Arseneto de boro

Um cristal cultivado a partir de dois elementos minerais relativamente comuns - boro (B) e arsênio (As) - demonstrou uma condutividade térmica muito mais alta do que qualquer outro semicondutor ou metal atualmente em uso, incluindo silício, carbeto de silício, cobre e prata.

Ninguém pensara ser possível aproximar-se tanto da excelência termal do diamante com um cristal tão simples sintetizado em escala macroscópica - ele "muda tudo no estudo da condutividade térmica", disseram Fei Tian e seus colegas da Universidade de Houston, nos EUA.

O diamante é o melhor material natural para a condução de calor, mas ele tem suas desvantagens: é caro e é um isolante elétrico. E, quando usado juntamente com um componente semicondutor, o diamante se expande a uma taxa diferente daquela do semicondutor quando o circuito se aquece pelo funcionamento normal, o que danifica o circuito.

Assim, a descoberta desse novo cristal - BAs - tem o potencial de se tornar uma solução para uma série de desafios tecnológicos, incluindo a refrigeração de circuitos eletrônicos e nanodispositivos.

"A dissipação de calor é crucial para a eletrônica de alta densidade de potência. Portanto, materiais com alta condutividade térmica são necessários para servir como substratos," disse a professora Shuo Chen.

Condutividade térmica

A condutividade térmica é medida em watts por metro-kelvin (Wm-1K-1), que indica a quantidade de calor que pode passar através de um material com um metro de comprimento quando a diferença de temperatura de um lado para o outro é de 1 grau Kelvin.

O cristal de arseneto de boro sintetizado pela equipe tem uma condutividade superior a 1.000 Wm-1K-1 a temperatura ambiente. Para comparação, o cobre tem uma condutividade de cerca de 400 e diamante tem uma condutividade térmica de 2.000 Wm-1K-1.

Tentativas anteriores para sintetizar o arseneto de boro resultaram em cristais medindo menos de 500 micrômetros - pequenos demais para aplicações práticas.

Fei Tian e seus colegas obtiveram cristais de 4 x 2 milímetros e 1 milímetro de espessura. Segundo a equipe, cristais maiores poderão ser produzidos aumentando o tempo de cultivo além dos 14 dias utilizados neste experimento.

Antes disso, porém, eles planejam usar os cristais já prontos para testar seu rendimento ao longo de circuitos de silício.

Bibliografia:

Unusual high thermal conductivity in boron arsenide bulk crystals
Fei Tian, Bai Song, Xi Chen, Navaneetha K. Ravichandran, Yinchuan Lv, Ke Chen, Sean Sullivan, Jaehyun Kim, Yuanyuan Zhou, Te-Huan Liu, Miguel Goni, Zhiwei Ding, Jingying Sun, Geethal Amila Gamage Udalamatta Gamage, Haoran Sun, Hamidreza Ziyaee, Shuyuan Huyan, Liangzi Deng, Jianshi Zhou, Aaron J. Schmidt, Shuo Chen, Ching-Wu Chu, Pinshane Y. Huang, David Broido, Li Shi, Gang Chen, Zhifeng Ren
Science
Vol.: eaat7932
DOI: 10.1126/science.aat7932




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