Silikon Dioksida: Rahasia Perangkat Elektronik yang Lebih Kecil dan Lebih Dingin
Para peneliti di Universitas Tokyo menunjukkan peningkatan perpindahan panas radiasi melalui celah antara dua pelat silikon berukuran mikro dengan melapisinya dengan lapisan silikon dioksida, yang dapat meningkatkan manajemen panas komputer secara signifikan. Kredit: Institut Ilmu Industri, Universitas Tokyo
Peneliti Jepang telah meningkatkan pembuangan panas dalam nanodevices dengan menambahkan lapisan silikon dioksida ke struktur silikon, yang berpotensi merevolusi desain dan efisiensi perangkat elektronik masa depan.
Para peneliti dari Jepang telah bekerja keras untuk menjaga perangkat nano mereka tetap dingin—atau setidaknya—menjaga agar perangkat nano mereka tidak terlalu panas. Dengan menambahkan lapisan tipis silikon dioksida ke struktur silikon berukuran mikro, mereka dapat menunjukkan peningkatan yang signifikan dalam laju pembuangan panas. Pekerjaan ini dapat menghasilkan perangkat elektronik yang lebih kecil dan lebih murah yang dapat memuat lebih banyak sirkuit mikro.
Seiring dengan semakin ringkasnya perangkat elektronik konsumen, meskipun masih menawarkan peningkatan daya pemrosesan, kebutuhan untuk mengelola panas buangan dari sirkuit mikro telah berkembang menjadi perhatian utama. Beberapa instrumen ilmiah dan skala nano Mesin memerlukan pertimbangan cermat tentang bagaimana panas lokal akan dialihkan keluar dari perangkat untuk mencegah kerusakan. Beberapa pendinginan terjadi ketika panas diradiasikan sebagai gelombang elektromagnetik—mirip dengan bagaimana tenaga matahari mencapai Bumi melalui ruang hampa. Namun, laju switch energi bisa terlalu lambat untuk melindungi kinerja sirkuit elektronik terintegrasi yang sensitif dan padat. Agar perangkat generasi berikutnya dapat dikembangkan, pendekatan baru mungkin perlu dibuat untuk mengatasi masalah transmisi panas ini.
Temuan dan Implikasi Penelitian
Dalam sebuah penelitian yang baru-baru ini diterbitkan dalam jurnal Surat Ulasan Fisikpara peneliti dari Institut Ilmu Industri di Universitas Tokyo, menunjukkan bagaimana laju perpindahan panas radiasi dapat digandakan antara dua pelat silikon berskala mikro yang dipisahkan oleh celah kecil. Kuncinya adalah menggunakan lapisan silikon dioksida yang menciptakan hubungan antara getaran termal pelat di permukaan (disebut fonon) dan foton (yang membentuk radiasi).
“Kami mampu menunjukkan secara teoritis dan eksperimental bagaimana gelombang elektromagnetik tereksitasi di antarmuka lapisan oksida yang meningkatkan laju perpindahan panas,” kata penulis utama studi tersebut, Saeko Tachikawa. Ukuran lapisan yang kecil dibandingkan dengan panjang gelombang energi elektromagnetik dan keterikatannya pada pelat silikon, yang membawa energi tanpa kehilangan, memungkinkan perangkat tersebut melampaui batas regular perpindahan panas, dan dengan demikian mendingin lebih cepat.
Karena mikroelektronika saat ini sudah berbasis silikon, temuan penelitian ini dapat dengan mudah diintegrasikan ke dalam perangkat semikonduktor generasi mendatang. “Pekerjaan kami memberikan wawasan tentang kemungkinan strategi manajemen pembuangan panas dalam industri semikonduktor, bersama dengan berbagai bidang terkait lainnya seperti manufaktur nanoteknologi,” kata penulis senior, Masahiro Nomura. Penelitian ini juga membantu membangun pemahaman mendasar yang lebih baik tentang cara kerja perpindahan panas pada tingkat skala nano, karena ini masih merupakan bidang penelitian aktif.
Referensi: “Peningkatan Radiasi Termal Medan Jauh melalui Pemandu Gelombang Polaritonik” oleh Saeko Tachikawa, Jose Ordonez-Miranda, Laurent Jalabert, Yunhui Wu, Roman Anufriev, Yangyu Guo, Byunggi Kim, Hiroyuki Fujita, Sebastian Volz dan Masahiro Nomura, 3 Mei 2024, Surat Ulasan Fisik.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.186904
