Физики открыли самоохлаждение графеновых транзисторов

Интересный эффект, обнаруженный американцами, сулит яркую перспективу электронике на основе одноатомных листов углерода. Похоже, с ней удастся избежать перегрева от омических токов при росте плотности размещения элементов схемы.

Разница в температуре графенового транзистора и прилегающих контактов может достигать нескольких градусов (иллюстрация Kyle L. Grosse et al./ Nature Nanotechnology).

Учёные из университета Иллинойса (UIUC) использовали атомный силовой микроскоп как датчик температуры и провели первое измерение нагрева работающего графенового транзистора в нанометровом масштабе. Пространственное разрешение съёмки составило около 10 нанометров, а температурное разрешение — 250 милликельвинов.

Наконечник атомного силового микроскопа сканирует поверхность графена в области контакта с металлом. Вариации температуры отражены цветом (иллюстрация Alex Jerez, Beckman Institute for Advanced Science and Technology).

"Измерения показали удивительные явления в точках, где углерод касался металла. Исследователи обнаружили, что эффект термоэлектрического охлаждения в контакте графена и электродов может быть более сильным, чем резистивный нагрев, на деле снижая температуру транзисторов", — передаёт EurekAlert! (Детали эксперимента можно найти в статье Nature Nanotechnology.)

В кремнии и большинстве других материалов для микросхем термоэлектрические эффекты, способные локально охлаждать элементы схемы, в сравнении с омическим нагревом — невелики. Потому микросхемы прилично греются и требуют мощных систем охлаждения. А вот в графеновых транзисторах нашлись регионы, где термоэлектрическое охлаждение явно перевешивает разогрев от проходящего тока.

Ранее не наблюдавшееся в графеновой электронике явление означает, что в перспективе подобные схемы можно будет уплотнять, не сталкиваясь с проблемой перегрева и обходясь сравнительно простыми системами отвода тепла. И это весомый аргумент в пользу замены кремния графеном. Правда пока электроника на такой необычной основе лишь делает первые шаги.