Borarsenid leitet Wärme halb so gut wie Diamant

9. Juli 2018, 19:18 Uhr
Borarsenid-Kristall. Bild: Ben Mills / wikimedia.org
Borarsenid-Kristall. Bild: Ben Mills / wikimedia.org
US-Forscher haben mit Borarsenid ein Material entwickelt, das als erstes einer Klasse neuer Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit die Wärmeabfuhr bei Halbleitern verbessern könnte.

Bislang galt von diesem in der Natur nicht vorkommenden Material: Wenn Borarsenid tatsächlich existieren würde, hätte es dank seiner kubischen Kristallstruktur eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit. Und die Herstellung ist jetzt einem Team aus Forschern der University of Illinois in Urbana-Champaign und der University of Texas, Dallas, gelungen.

Die Borarsenidkristalle wurden mit chemischem Aufdampfung synthetisiert. Elementares Bor und Arsen werden dabei in der Dampfphase kombiniert, kühlen dann ab und kondensieren zu kleinen Kristallen. Durch Trial-and-Error-Synthese wurden die Bedingungen gefunden, unter denen Kristalle ausreichender Qualität entstehen. Resultat ist ein Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von 1.000W/m*K bei Raumtemperatur – gut doppelt so viel wie Siliziumkarbid oder Silber und immer noch fast halb so gut wie Diamant.

Die Forscher prüfen das Material für den Einsatz in Heatspreadern – Flächen oder Bänder aus hochwärmeleitfähigem Material, die zwischen einem winzigen heißen Objekt wie zum Beispiel einem LED-Die, einem Leistungshalbleiter oder Computer-Chip – und einem Kühlkörper aus Kupfer oder Aluminium eingesetzt werden. Ohne Heatspreader würde die kleine Kontaktfläche zwischen Quelle und Kühlkörper die Wärmeabfuhr einschränken.

Obwohl gelegentlich sogar Diamant in anspruchsvollen Anwendungen zur Wärmeableitung eingesetzt wird, machen die Kosten für natürliche Diamanten und Strukturdefekte in künstlichen Diamanten eine breite Anwendung in der Elektronik zu aufwändig und teuer. Dieses Problem dürfte mit Borarsenid preiswerter zu lösen sein.
 
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