砷化硼熱導率有望追上鑽石,成為便宜又好用的散熱膏材料

砷化硼熱導率有望追上鑽石,成為便宜又好用的散熱膏材料

ADVERTISEMENT

目前已知熱導率最高的材質為石墨烯,緊接著就是鑽石,再來就是銀、銅等經常添加在散熱膏裡的材質,可惜石墨烯、鑽石、銀的製備與要價不菲。諸位來自美國不同大學研究室的研究團隊找到砷化硼晶體,熱導率理論值有望與鑽石一樣高,但卻更為便宜。

目前電子零件與散熱片間隙均會塗抹 1 層散熱膏,用以填滿 2 者的不平整表面,以便讓熱量能夠更順利的從電子零件傳遞至散熱裝置。散熱膏內容物絕大部分為氧化矽微粒和矽油,外觀為白色,市售散熱膏之所以有這麼多顏色,絕大部分都是其它增加熱導率添加物的關係,譬如銅會呈現略深的咖啡色,鋁則是灰色,甚至也有添加鑽石微粒而呈現星空點點的產品。

石墨烯的熱導率雖然比鑽石還要高,但是其熱傳導方向呈現方向性,因此絕大部分製作成固體式的導熱墊片。近幾年來還有所謂的液態金屬材質,使用銦、鎵、錫等金屬依不同比例組合,在常溫下呈現液態,譬如 Coollaboratory Liquid Pro 或是 Thermal Grizzly Conductonaut,2 者的熱導率為 80W/mK 和 73W/mk,均比一般矽基散熱膏還要好,不過金屬為電的良導體,使用時務必注意絕緣。

來自美國多個大學的實驗室,共同合作找到可以媲美鑽石熱導率的砷化硼晶體,目前依據不同製備(化學氣相傳輸或是化學氣相沉積)以及測量方式(拉曼光譜學或時間解析熱光反射),得知不同尺寸砷化硼晶體的熱導率大約為 900 W/mk~1300 W/mk,而預測理論值甚至可以高達 2200 W/mk,與鑽石媲美卻更為便宜。

砷化硼熱導率有望追上鑽石,成為便宜又好用的散熱膏材料
▲1 個砷化硼晶體。

目前已知晶體為熱的良好導體,是由於熱藉由聲子(晶格震動)負責乘載,而砷和硼本身的質量差異,造成聲學聲子和光學聲子存在較大的頻率間隙,此特性讓熱在晶體之間的傳導相當有效率。在半導體領域,砷化硼晶體擁有與目前矽半導體類似的能隙 1.5eV,熱膨脹係數也差不多,當整合進入半導體時,由於熱應力降低,可以減少熱界面材料的使用量。

 

資料來源

Boron arsenide crystals could cool computer chips

Researchers upend conventional wisdom on thermal conductivity

High thermal conductivity in cubic boron arsenide crystals

 

延伸閱讀

R.F.
作者

誤入叢林的小白兔,每天爬樓梯到七樓的白癡,幻想自己很瘦的豬,一放假就睡死的bed potato。

使用 Facebook 留言

發表回應

謹慎發言,尊重彼此。按此展開留言規則