AR-GE: Bor arsenür kristalleri ile yüksek ısı iletkenliği

 Araştırmalar bor arsenürün bilinen yarı iletkenlere göre çok daha yüksek ısı iletkenliği olduğunu gösteriyor.

Güç elektroniği ve optoelektronik cihazlarda üretilen ısının şiddeti elektronik sanayinde uygulamada önemli bir sorun oluşturuyor. Isının etkin dağılımı yoluyla güç kontrolu, katı hal aydınlatma, iletişim ve güvenlik sistemlerinin performansını arttırmak için yüksek ısı iletkenliği olan yeni malzemelere gerek duyuluyor. Son zamanlarda çeşitli bilimsel dergilerde yayımlanan araştırma sonuçları dikkatleri bor arsenür (BAs) üzerine çekti.

ABD'de üç farklı araştırma ekibinin yaptığı çalışmaya göre kübik BAs ile bilinen yarı iletken malzemelere, örneğin silikon karbüre göre üç katı hızda termal iletkenlik elde etmek mümkün. Bu konuya Chemical&Engineering News Dergisinde 17 Temmuz 2018 tarihli bir yazıda yer verildi. Yapılan araştırmaların sonuçları da Science Dergisinin 10 Ağustos 2018 tarihli sayısında yayımlandı.

Bu kaynaklarda, küçük ölçekli cihazlarda ısı yönetiminin iyileştirilmesi için yüksek termal iletkenliği olan malzemelerin geliştirilmesi gerektiği; ultra yüksek iletkenliğe sahip yarı iletken BAs kristalinin bu açıdan önemli bir malzeme haline geldiği belirtiliyor.

BAs kristallerini sentezleyen üç araştırma ekibi oda sıcaklığında malzemenin ısıl iletkenliğini  minimum 1 000 W/m-K olarak ölçtü. En yüksek değer Los Angeles/Kaliforniya Üniversitesi’ndeki ekip tarafından 1300 W/m-K olarak ölçüldü. Bundan daha yüksek termal iletkenliği olan malzeme ise 2 000 W/m-K iletkenliği olan elmas.

Kristallerin yapısının düzgün olması bu konuda kilit mesele olarak görünüyor. Isıl iletkenlik malzemenin kristal örgüsündeki atomların titreşimlerine, diğer bir anlatımla fononların etkileşimine bağlı. BAs kristallerinin yapısında boşluk ve hatalar olduğunda ısıl iletkenlik düşüyor. Ekiplerin kristallerin düzgün şekilde oluşmasını kontrol edebilmek için yıllardır çalışma yaptıkları belirtiliyor.

Araştırmacılar, henüz kristalleri birkaç milimetre düzeyinde sentezleyebildiklerini, elektronikte uygulama alanı bulabilmesi için ölçeğin 300 mm seviyelerine çıkarılmasına ihtiyaç olduğunu ve bunun için daha fazla çalışma yapılması gerektiğini belirtiyor.

 

https://cen.acs.org/materials/electronic-materials/Boron-arsenide-boasts...

http://science.sciencemag.org/content/361/6402/575

http://science.sciencemag.org/content/361/6402/579

10.1126/science.aat7932

Görsel: c&en, Ben Mills/Wikipedia,

                                                                                                                                           Eylül 2018