Il problema del surriscaldamento dei componenti elettronici ad alta potenza è un problema reale soprattutto quando molti componenti vengono combinati in un unico chip semiconduttore.
La gestione termica diventa pertanto un elemento vitale in fase di progettazione. Questo diventa ancora più importante nei dispositivi realizzati in nitruro di gallio nei quali il calore si concentra su piccole superfici, aggravando il problema di riscaldamento.
Yong Han della A*STAR Institute of Microelectronics e i suoi collaboratori sono stati in grado di dimostrare sia sperimentalmente sia numericamente come uno strato di diamante possa diffondere calore e migliorare le prestazioni termiche dei dispositivi nitruro di gallio.
I ricercatori hanno infatti creato un chip termico di prova contenente otto piccoli punti caldi, ognuno di dimensioni pari a 0,45 per 0,3 millimetri, per generare lo stesso calore originato dai dispositivi reali. Hanno poi saldato questo chip a uno strato di diamante di alta qualità creato utilizzando una tecnica chiamata deposizione di vapore chimico.
Il diffusore di calore di diamante e il chip di prova sono stati collegati tramite un processo di adesione a compressione termica, per poi essere collegati a un microcooler, un dispositivo costituito da una serie di canali ad ampio micrometro e da una matrice di impingement a micro-getto.
In questo modo, l’acqua colpisce la parete della fonte di calore per poi passare attraverso i micro-canali per rimuovere il calore e mantenere la struttura fredda. I risultati sperimentali sono stati ulteriormente confermati da simulazioni termiche grazie alle quali è emerso che le prestazioni potrebbero essere ulteriormente migliorate aumentando lo spessore dello strato di diamante, e che la qualità del legame tra il chip nitruro di gallio e il diffusore di calore di diamante è stata fondamentale per ottenere le migliori prestazioni.